Оборудование для лазерной сварки — что это такое и как использовать?

Лазерная сварка — сварка с использованием лазера в качестве энергетического источника.

Лазерная сварка применяется для сварки одинаковых и разнородных металлов в радиоэлектронике и электронной технике.

Разновидности аппаратов

Твердотельные аппараты

Твердотельная ручная лазерная установка работает по следующей схеме: через стержень из стекла (он представляет собой твердотельный активный элемент) происходит излучение лазера. Это сопровождается включением рубина, алюмоиттриевого граната, неодима. Сам стержень в конструкции аппарата расположен в камере, которая освещена лампой накачки. Лампа обеспечивает создание мощных и равномерных световых вспышек.

Активные стержни имеют в торцах зеркала: частично прозрачное и отражающее. Рекомендуем изучить соответствующие видео для полного понимания.

Выбирать твердотельный аппарат лазерной сварки нужно при необходимости в сваривании мелких деталей, имеющих относительно небольшую толщину. К примеру, отлично подходит такой аппарат для сварки элементов различных электронных устройств и приборов: для тонких проволочных выводов из тантала, нихрома и золота.

Современные устройства дают возможность проведения сварки элементов, выполненных из фольги, а также позволяют создавать швы (герметичные) катодов кинескопа, который входит в оснащение практически всех телевизоров.

Твердотельная ручная лазерная установка

Газовые устройства

Газовая лазерная установка – это более мощное устройство. Такой прибор предполагает использование высоковольтных источников тока (режим либо импульсный, либо непрерывный). Эти источники возбуждают активную рабочую среду – газовую смесь (на видео хорошо заметен принцип работы).

Ручная установка данного вида отличается:

• Более длинными волнами по сравнению с твердотельными установками;
• Несколько большей мощностью.

Установка с газовой прокачкой поперечного типа является компактным, но достаточно мощным аппаратом, который успешно применяется в целях сварки металлов толщиной до 20 мм (существующие видео подтверждают это).

Наиболее мощное газовое оборудование – это газодинамические устройства. В них активной средой являются горячие газы, температура которых достигает 3000 К.

Общая информация

Для соединения металлов используют лазер, поэтому его и называют лазерный сварочный аппарат. Сваривание при помощи лазера выполняет самые мелкие работы, соединяет разнородные металлы.

Есть три вида лазерной сварки:

• Микросварка лазером (глубина проплавления металла не превышает 100мкм);
• Микросварка лазером (глубина проплавления в пределах 0,1 – 1 мм);
• Микросварка лазером (глубина проплавления металла от 1 мм и более).

Чтобы вы лучше понимали мы детально расскажем вам технологию этих аппаратов. Генерируемый лазерный луч направляется в специальную систему фокусировки.

В этой системе он сужается в пучок меньшего диаметра после направляется на металлическую заготовку. Излучение частично проникает внутрь металла и частично отражается от него.

Металл начинает нагреваться, и плавится в том месте, где излучение поглотилась. Чем тоньше металл луч необходимо расфокусировать.

Сама технология проста и понятна. Сваривание лазером позволят сформировать соединение в любом положении без всяких трудностей. Она может быть частичной или сквозной.

Положение шва не играет никакой роли, но для ее осуществления необходимы технологические дорогие аппараты. Проволока, порошок или специальная лента как присадочный материал производится в сочетании с лазерной сваркой.

Принцип работы

Сущность лазерного процесса сварки состоит в следующем: лазерное излучение направляется в фокусирующую систему, где фокусируется в пучок меньшего сечения и попадает на свариваемые детали, где частично отражается, частично проникает внутрь материала, где поглощается, нагревает и расплавляет металл, формируя сварной шов.

Лазерную сварку производят сквозным и частичным проплавлением в любом пространственном положении. Сварка проводится непрерывным или импульсным излучением. При сварке изделий малых толщин от 0,05 до 1,0 мм сварка проходит с расфокусировкой лазерного луча.

При импульсном лазерном излучении сварной шов образуется сварными точками, их перекрытием на 30 — 90%. Современные сварочные установки с твердотельными лазерами проводят шовную сварку со скоростью до 5 мм/с с частотой импульсов около 20 Гц. Сварку проводят с использованием присадочных материалов (проволока диаметром около 1,5 мм, лента или порошок). Присадка увеличивает сечение сварного шва.

Лазерная сварка разделяется на три вида: микросварка (толщина или глубина проплавления до 100 мкм), мини-сварка (глубина проплавления от 0,1 до 1 мм), макросварка (глубина проплавления более 1 мм).

Виды сварки

Лазерная сварка бывает двух видов:

• Стыковая — в этом случае не используют присадки и флюс. Между металлами допускается минимальный стык, не больше 0,2 мм. Такое же значение является максимальным для фокусировки лазерного луча на стык. Сварку проводят посредством «кинжального» проплавления металла на всю толщину с интенсивностью лазерного излучения до 1 мВт/см2. Шов в этом случае нужно предохранять от окисления аргоном или азотом, а гелий защитит его от пробоя лазерного излучения;
• Нахлесточная — металлические листы накладываются друг на друга, они соединяются посредством мощного излучения. Сварка проводится с локальным прижимом деталей. Максимально допустимый зазор между поверхностями металлов при работе — 0,2 мм. В случае необходимости повышения качества соединяемых деталей используется двойной шов.

Техническая особенность

Лазерная сварка возникла по разработкам Басова Н.Г., Таунса Х., Прохорова А.М. Специалистам удалось получить аппараты импульсного и постоянного действия. К их достоинствам относится повышенная концентрация энергетического луча.

Процесс плавления осуществляется на высокой мощности, что позволяет обрабатывать разнородные металлы толщиной до нескольких сантиметров.

Технические особенности:

• большая скорость плавления;
• сохранение свойств и геометрии;
• минимальный показатель остаточных напряжений;
• отсутствие необходимости в присадочных материалах и специальных камер с защищенной средой.

Точность лазерной сварки позволяет обрабатывать изделия сложной конфигурации.

Эти нюансы делают этот вид сварки одним из передовых на современных предприятиях. К недостаткам относится стоимость установки, для некоторых изготовителей покупка является нерентабельным.

Сферы применения лазерной сварки металлов

Металлы посредством лазерной сварки соединяются в основном тогда, когда другие способы соединения бесполезны или проблематичны. Оборудование для лазерного соединения стоит весьма недешево, поэтому покупать его нужно, только когда вы убедитесь в том, что работу нельзя будет сделать другими методами.

Итак, сферы применения таковы:

• производство приборов и прочих точных механизмов;
• производство сложных изделий на основе легкоплавких металлов;
• изготовление деталей из чугуна;
• изготовление пластмассовых изделий.

Такая технология в промышленности стала применяться всего порядка 20 лет назад, и если есть возможность, то можно купить станки для только стационарного типа, но и ручные для сварки в домашних условиях.

Плюсы и минусы

Лазерное соединение металлов имеет свои плюсы и минусы. Что касается преимуществ, то они следующие:

• площадь металла нагревается незначительно, что сильно сокращает его коробление во время работы;
• лазерный луч передается по волоконной оптике, благодаря чему он попадается даже в труднодоступные места;
• лазерное оборудование можно использовать не только для сварки металла, но и его резки;
• оно обеспечивает высокое качество сварных швов;
• процесс сваривания обеспечивает хорошую производительность, его легко контролировать.

Но имеет технология и свои недостатки:

• оборудование очень дорогое;
• сварочный аппарат обладает низким КПД;
• оператор установки должен иметь высокую квалификацию.

Но, несмотря на недостатки, лазер — это единственный вариант для обеспечения точной сварочной операции или соединения легкоплавких материалов.

Технология лазерной сварки

Соединение деталей из нержавейки с легкостью осуществляется аргоновой сваркой или полуавтоматами. Однако в задачах формирования швов на достаточно тонком металле отмеченные методы оказываются малоэффективными. Высокая температура, возникающая в аргоновой сварке, способна попросту расплавить изделие или же деформировать его.

В данном случае наиболее эффективной является лазерная сварка металлов. С ее помощью удается сформировать тонкий шов, а дефекты, связанные с действием температуры, будут минимальны.

Итак, каков же принцип работы и в чем преимущества лазерной технологии?

Суть метода заключается в расплавлении тонких кромок металла с помощью лазера. Он формируется посредством испускания фотонов атомами. Такое явление называется индуцированным излучением.

Полученный световой поток позволяет плавить кромки материала и соединять их между собой. Кроме того свечение можно подавать в зону сварки импульсно с высокой энергией или же постоянно с меньшей силой воздействия.

Фокусировка излучения осуществляется с использованием специальной оптики. Сварочные работы по этой технологии можно проводить как с применением присадочного материала, так и без него.

В гибридных версиях сварки присадочная проволока может также создавать дугу, расплавляющую ее кончик. Световой пучок, в свою очередь, будет укладывать расплавленный присадочный материал в шов.

Обычно сварочную ванну защищают инертным газом. В этих целях применяется гелий или аргон. Однако тут есть и некоторые особенности. Взаимодействие лазера с металлом приводит к его нагреву и испарению. В результате луч может экранироваться и преломляться.

Избежать подобной ситуации позволяет гелий. Газ принудительно поступает к сварному соединению, снижая испарение металла.

Технология лазерной сварки.

Данная технология нашла широкое применение в различных отраслях промышленности и производства. Она используется для соединения изделий из алюминия, титана, меди лазером. Сфокусированный луч позволяет расплавлять кромки деталей толщиной от 0,1 мм до 10 мм.

Благодаря возможности формирования тонких аккуратных швов эта технология получила широкое распространение в ремонте ювелирных изделий и оправ очков. В этих целях используются специальные малогабаритные настольные установки.

Место воздействия пучка в оборудовании отмечено точкой, под которую мастер подносит соединяемые детали и включает прибор. В результате происходит точечная сварка.

В промышленных целях метод используется в соединении различных деталей машин и коррозионно-устойчивых труб. Для отмеченных задач делают специальные большие приборы, которые монтируются на кронштейнах.

В случае необходимости создания шва на круглых изделиях, они вращаются с помощью специального оборудования во время сварки.

Данная технология сварки имеет ряд преимуществ. Благодаря им она выделяется на фоне других методов.

К основным достоинствам следует отнести следующие:

• возможность получения узкого и высокого шва, чего невозможно добиться полуавтоматами;
• глубокий провар без наплывов с другой стороны изделия;
• маленькая область взаимодействия света с деталью позволяет ей не перегреваться во время сварки, что исключает появления дефектов, связанных с термическим воздействием;
• высокая скорость работы и производительность;
• возможность соединения тонких деталей;
• безопасность;
• простота использования.

К недостаткам метода следует отнести его высокую стоимость. В связи с этим данная технология оказывается наиболее эффективной на производстве, где она достаточно быстро окупается.

Преимущества и недостатки

Лазерная сварка обладает рядом неоспоримых достоинств, но, как и все сварочные технологии, имеет свои недостатки. Первые являются следствием уникальных характеристик лазерного луча, а вторые в основном связаны с высокой стоимостью и сложностью оборудования.

Главные преимущества:

• возможность сварки разнообразных материалов: от металлов и магнитных сплавов до термопластов, стекла и керамики;
• высокая точность и стабильность траектории пятна нагрева;
• наименьший размер сварного шва среди всех сварочных технологий;
• отсутствие нагрева околошовной зоны, следствием чего является минимальная деформация свариваемых деталей;
• отсутствие продуктов сгорания и рентгеновского излучения;
• химическая чистота сварочного процесса (не применяются присадки, флюсы, электроды);
• возможность сварки в труднодоступных местах и на большом удалении от места расположения лазера;
• возможность сварки деталей, находящихся за прозрачными материалами;
• быстрая переналадка при переходе на изготовление нового изделия;
• высокое качество сварных соединений.

Основные недостатки:

• высокая стоимость оборудования, запасных частей и комплектующих;
• низкий КПД (для твердотельных лазеров — около 1%, для газовых — до 10%);
• зависимость эффективности сварочного процесса от отражающей способности заготовки;
• высокие требования к квалификации обслуживающего персонала;
• особые требования к помещениям для размещения лазерного оборудования (в части вибрации, запыленности и влажности).

Заключение

Современная, экологичная и экономичная технология. В перспективе может стать передовой, но из-за дорого оборудования используется очень редко.

В настоящие время используется в очень специфических ситуациях, когда необходимо сварить мелкие детали и сварку высокой продуктивности.

Отличия в технологии сваривания деталей из разных металлов

Различные металлы сваривают в соответствии с различными технологическими нормами. Работа с заготовками из стали требует предварительной зачистки от загрязнений, включая ржавчину. Также изделие должно быть тщательно обезжирено и высушено.

Технология сварки металла большой толщины.

Наличие влаги в области соединения деталей может привести к повышенной гидратации и, как следствие, к снижению его прочности и долговечности.

Благодаря высокой скорости движения луча, станки лазерной сварки позволяют формировать шов без окислов. В результате становится возможным осуществлять соединение нержавеющих и титановых сплавов без флюса и инертных газов.

Эта уникальная способность делает подобные установки незаменимыми при сваривании особенно ответственных конструкций.

Развитие технологий за последние годы позволило создать компактный прибор для ручной лазерной сварки. На сегодняшний момент существует множество моделей, представленных в магазинах. Все они могут похвастаться различными параметрами и функциональностью.

Конечно, стоимость подобных установок остается достаточно высокой. Тем не менее покупка данного прибора, несомненно, быстро окупится. Особенно, если речь идет о большом объеме работ.

Итог

Лазерная сварка металла – уникальная технология, позволяющая соединять тонкие материалы, нержавеющие и титановые сплавы. Главной особенностью данной технологии является формирование качественного, аккуратного шва без каких-либо дефектов, связанных с деформациями деталей.

Благодаря указанным преимуществам такой тип сварки получил широкое распространение на различных производствах.

Литература

Техническая литература

Николаев Г. А. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. — М.: Машиностроение, 1978 (1-4 т).

Малащенко А. А. Лазерная сварка металлов. М.: Машиностроение, 1984, 47 с.

Григорьянц А. Г. Лазерная сварка металлов. М.: «Высшая школа», 1988. — 207 с

Видео: лазерная гибридная сварка

Дополнительные материалы по теме:

Ручная

Соединение изделий может осуществляться за счет ручной лазерной сварки. Малогабаритный станок без труда можно приобрести даже для бытового использования. Причем по доступной цене с высокими техническими характеристиками. Такое оборудование предназначено для:

• ремонта изделий с небольшими габаритными размерами, например, украшения, оправы для очков;
• наплавки;
• полимеров;
• точечной сварки в стык;
• проведения сварочных работ в сфере микроэлектроники;
• коррекции пресс-форм;
• обработки медицинских приборов.

Лазерная сварка – это метод соединения изделий из различных материалов, который приобрел широкое распространение в различных сферах. Бесконтактная технология позволяет взаимодействовать с металлами различных электромеханических свойств. Работа проводится на небольшой площади с высокой мощностью, что позволяет проникать в труднодоступные места. Применение метода ограничено экономическими аспектами из-за высокой стоимости установки.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...