Лазерно заваряване
При метода на лазерно заваряване се използва концентриран светлинен лъч с висока енергийна плътност (диаметър на лъча 0,1 … 2 mm) за свързване на части. По вида на светлинния лъч лазерното заваряване може да бъде импулсно и непрекъснато. Точковите съединения са заварени по импулсен начин, за непрекъснати шевове се използва импулсно-периодично или непрекъснато излъчване. Импулсното заваряване се използва и когато е необходимо да се осигурят минимални деформации от температурно нагряване и висока точност, непрекъснато — за високоскоростно заваряване при серийно или масово производство.
Лазерното заваряване се използва за свързване на различни материали: стомана, титан, алуминий, огнеупорни метали, мед, метални сплави, благородни метали, биметали, с дебелина от десети до няколко милиметра. Лазерното заваряване на отразяващи метали като алуминий и мед обаче е донякъде трудно. Лазерното заваряване на метали е показано на фиг. 2.
Заваряването на активни метали се извършва с помощта на защитен газ под формата на струя, насочена в зоната на излагане на светлинния лъч.
Снимка 1 — Заваряване в твърдо състояниелазер: 1 — активна среда (рубин, гранат, неодим), 2 — лампа на помпата, 3 — непрозрачно огледало, 4 — полупрозрачно огледало, 5 — оптично влакно, 6 — оптична система, 7 — детайл, 8 — лазерен лъч във фокуса точка, 9, 10 — сплитери на лазерния лъч.
Снимка 2 — Заваряемост на материалите
Според дълбочината на проникване има три вида лазерно заваряване:
1) микрозаваряване (по -малко от 100 микрона),
2) мини-заваряване (0,1 … 1 мм),
3) макро заваряване (повече от 1 мм).
Тъй като дълбочината на проникване най -често не надвишава 4 мм, лазерното заваряване е широко разпространено главно в прецизното производство на инструменти, в производството на електронни устройства, часовници, в самолетостроенето, в автомобилната индустрия, при заваряване на тръби, а също така се използва широко в бижутерската индустрия.
Преди заваряване с челно и припокриване осигурете междина от 0,1 … 0,2 мм. При големи пропуски може да възникне изгаряне и липса на синтез.
Основните параметри на режима на лазерно заваряване са:
1) продължителност и енергия на импулса,
2) честота на импулсите,
3) диаметърът на светлинния лъч,
4) разстоянието от най -малката част на фокусирания лъч до повърхността,
5) скорост на заваряване. Той достига 5 mm / s. За да се увеличи скоростта, честотата на импулсите се увеличава или се използва непрекъснат режим.
Промишлеността използва 2 вида лазери за лазерно заваряване:
1) твърдотелни — рубинени, неодимови и YAG лазери (на базата на итриев алуминиев гранат);
2) газови CO2 лазери.
Наскоро се появиха и лазерни лазерни заваръчни машини, чийто активен елемент е оптично влакно, направено от кварц. Такива лазери позволяват заваряване на «проблемни» материали — мед и месинг с висока отразяваща способност, титан.
Възможностите на различните машини за лазерно заваряване са показани в таблици 1 и 2.
Примери за режими на заваряване с газов CO2 лазер са показани в Таблица 3.
Таблица 1 — Дебелина на листа и мощност на лазера за заваряване
Таблица 2 — Приложимост на лазерите
Таблица 3 — Режими на лазерно челно заваряване с газов лазер
Диаметърът на лазерния лъч обикновено е 0,3 мм. Заваръчните заварки, заварени с греда по -малка от 0,3 мм, може да имат липса на слепване и липса на проникване. Заваряването с лазери до 10 kW обикновено се извършва без пълнител.
Поради малката зона, засегната от топлина по време на лазерно заваряване, заваръчният шев се охлажда много бързо. Това може да има както отрицателни, така и положителни последици за качеството на заварената връзка. Много метали дават най -добрите физически и механични свойства с бързо охлаждане на фугите. Въпреки това, когато заварявате неръждаема стомана, това може да доведе до зачупване на заваряване. Увеличаването на ширината на импулса до 10 ms и предварително загряване помага да се елиминира това явление.
С правилния избор на материали за заваряване и режими, лазерното заваряване произвежда шевове с най -високо качество.
Лазерните системи могат да бъдат разделени на 3 категории:
1) Устройства с корпус. В такива устройства детайлите се поставят в специално затворено пространство, съдържащо защитна неутрална атмосфера и лазерен лъч. Заварчикът може да контролира и проследява процеса на заваряване с помощта на специална оптична система.
2) Устройства, предназначени за заваряване на открито. Лазерният лъч има няколко степени на свобода и произвежда програмирани движения. Зоната на заваряване е защитена с газов поток.
3) Устройства, предназначени за ръчно лазерно заваряване. Лазерните горелки са много подобни на TIG заваръчните горелки. Лазерният лъч се предава към факела с помощта на оптично влакно. По време на заваряването заварчикът държи лазерната горелка в едната ръка, а пълнежния материал в другата.
Таблица 4 — Сравнение на различни видове заваряване с лазер
Предимствата на лазерното заваряване включват:
1) малка зона на топлинен ефект на лазерния лъч върху материала и в резултат на това незначителни термични деформации;
2) възможността за заваряване на труднодостъпни места, в среда, прозрачна за лазерно лъчение (стъкло, течности, газове);
3) заваряване на магнитни материали;
4) малък диаметър на светлинния лъч, възможност за микрозаваряване, тесен заваръчен шев с добри естетически характеристики;
5) способността за автоматизиране на процеса;
6) гъвкаво манипулиране на светлинния лъч чрез оптично предаване;
7) универсалността на лазерното оборудване (възможността за използване за лазерно заваряване и рязане, маркиране и пробиване);
8) възможността за заваряване на различни материали.
Недостатъци на лазерното заваряване:
1. Висока цена и сложност на лазерното оборудване.
2. Високи изисквания за подготовка, почистване на ръбове за заваряване.
3. Невъзможност за заваряване на дебелостенни части, недостатъчна мощност. Увеличаването на мощността на лазерите за заваряване е ограничено от факта, че при по -силен ефект на лазерния лъч върху метала той се разпръсква активно в зоната на заваряване, което уврежда оптичната система на устройството и дезактивира лазера в въпрос на часове.