Лазерная сварка использует высокоточный лазерный луч для сплавления металлов и термопластов. Точность процесса обеспечивают низкие тепловые искажения, что делает лазер идеальным для сварки чувствительных материалов. Процесс чаще всего автоматизирован, что обеспечивает высокую скорость работы.
Давайте углубимся в концепцию лазерной сварки.
Что такое лазерная сварка?
Лазерная сварка или сварка лазерным лучом (LBW) — это процесс, в котором используется концентрированный источник тепла в виде лазера для плавления материалов, которые сплавляются вместе по мере охлаждения. Это универсальный процесс, так как с его помощью можно сваривать тонкие материалы на высоких скоростях, одновременно выполняя узкие и глубокие сварные швы для более толстых материалов.
Хотя оборудование для лазерной сварки стоит дороже, чем традиционные аппараты, его эксплуатационные расходы ниже, поскольку оно не обязательно требует дополнительного присадочного материала и последующей обработки. Кроме того, высокая скорость сварки позволяет производить больше деталей в час. Технология, лежащая в основе этого процесса, значительно отличается от обычных процессов дуговой сварки, таких как MIG, TIG и SMAW. В современных производственных цехах для лазерной сварки используются программируемые роботы с усовершенствованной оптикой для точного определения рабочей области заготовки.
Виды лазерной сварки
Существует два различных типа лазерной сварки, каждый из которых имеет уникальные принципы работы, подходящие для конкретных применений. Способ взаимодействия материала зависит от плотности и мощности лазерного луча.
Теплопроводная сварка
В этом методе сфокусированный лазерный луч используется для расплавления поверхности основных материалов. Когда соединение затвердевает, получается точный и ровный сварной шов. Сварные швы, созданные головным методом, как правило, не нуждаются в постобработке, качество отличное «из коробки».
Энергия поступает в зону сварки только за счет теплопроводности. Это ограничивает глубину сварки, и поэтому этот процесс отлично подходит для соединения тонких материалов. Теплопроводная сварка часто используется для видимых сварных швов, которые должны быть эстетичными.
Существует две подкатегории теплопроводной сварки:
✅ Прямой нагрев – лазерный луч воздействует непосредственно на поверхность металлов.
✅ Передача энергии – абсорбирующие чернила наносятся на место сварки, поглощая энергию лазерного луча.
Сварка с глубоким проплавлением/замочной скважиной
Выполнение процесса в режиме сварки с замочной скважиной (глубокое проплавление) создает глубокие, узкие швы с однородной структурой. Для металлов применяется плотность мощности около 1 мегаватта на квадратный сантиметр. Это не только плавит металл, но и испаряет его, создавая узкую полость, заполненную паром.
Это называется полостью замочной скважины или паровым капилляром, и она заполняется расплавленным металлом по мере прохождения лазерного луча через заготовку. Сварка в замочную скважину является высокоскоростным процессом, поэтому деформация и образование околошовной зоны сведены к минимуму.
Процесс лазерной сварки
Автоматизированная лазерная сварка
Лазерная сварка работает по принципу использования лазера с высокой плотностью мощности для фокусировки тепловой энергии на стык между поверхностями двух металлических деталей. Материал плавится в месте соединения и позволяет сплавлять металлы по мере затвердевания.
Лазерная сварка обычно выполняется сварочными роботами, которые могут точно подавать большое количество энергии на высоких скоростях, процесс управляется через гибкие оптические волокна. Это приводит к расплавлению достаточного количества металла в соединении, создавая узкие сварные швы с минимальной деформацией. Ручные системы лазерной сварки, по-видимому, представляют собой прекрасную альтернативу громоздким промышленным машинам, но безопасность этих аппаратов ставится под сомнение.
Процесс сварки можно проводить в атмосферных условиях, но для более реакционноспособных материалов рекомендуется использовать защитный газ, чтобы исключить риск загрязнения шва. Подобно электронно-лучевой сварке, лазерную сварку можно проводить в вакууме, но это не считается экономически целесообразным. Так, лазерные сварочные аппараты оснащены газовыми соплами, которые подают инертный газ в зону сварки.
Во многих случаях лазерная сварка выполняется без необходимости в дополнительном присадочном материале. Однако для некоторых сложных материалов требуется присадка для получения удовлетворительных сварных швов. Добавление присадочного материала улучшает профиль сварного шва, уменьшает растрескивание при затвердевании, улучшает механические свойства сварного шва и обеспечивает более точную подгонку шва. Присадочный материал может поставляться в виде порошка или в виде присадочной проволоки, но, поскольку порошки, как правило, дороже для большинства материалов, более распространено использование проволоки.
Три наиболее распространенных типа соединений, используемых при лазерной сварке, — это сварка встык, сварка краевых фланцев, сварка внахлёстку.