Оборудование для лазерной сварки металла: технология и устройства

Лазерная сварка – сварка плавлением, при которой энергетическим источником является лазер. Главной особенностью является высокая концентрация энергии. Такой тип сварки используется для соединения одинаковых и разнородных металлов.

Лазерное излучение фокусируется при помощи направляющих зеркал. Преобразованный уменьшенный пучок энергии нагревает и плавит свариваемые детали.

Выделяют следующие типы лазерной сварки:

• микросварка – плавит детали не толще 100 мкм;
• минисварка – применяется на глубине от 0,1 до 1 мм;
• макросварка – работает с толщиной свыше 1 мм.

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.

Устройство газодинамического лазера

Имеется также и третий вариант лазерных установок, которые значительно отличны от предыдущих, они имеют наиболее высокие мощности (100 кВт), способны производить сварку разной тугоплавкости металлов, толщиной в 35 мм, иногда даже больше. При этом скорость сварки шва доходит до 200 метров в час.

Итак, суть резонатора данной сварочной установки состоит в том, что разогретый до температуры 1000 – 3000 К газ подается в его зону с сверхзвуковой скоростью через сопло; расширяясь и охлаждаясь, молекулы CO2 способствуют переходу на новый, более низкий энергетический уровень, с образованием когерентного излучения.

Напоследок статьи стоит сказать, что данный вид сварки является довольно экономичным относительно расхода электроэнергии и позволяет производить работу на различных напряжениях.

Классификация по признакам

По энергетическим

Методы сварки лазером классифицируют по нескольким признакам. Разновидность отличаются по техническим характеристикам и экономическим аспектам. Эти особенности учитываются при выборе конкретной установки.

Каждый вид различается плотностью мощности. Проводится процесс при Е=1-10 МВт/см2. Если уменьшить этот показатель, то другой вид сварки будет более экономически пригодным, к одному из таких относится электродуговая. Применяют три главных режима, которые отличаются по нескольким параметрам:

1. t>10-2 c, Е=1-10 МВт/см2. Данный режим подразумевает под собой применение лазеров непрерывного действия. Он подходит для обработки сталей конструкционного типа.
2. t<10-3 c, Е=1-10 МВт/см2. Эта разновидность использует установки импульсно-периодического вида. Комбинация высокой мощности и продолжительности процесса действует на металлы с меньшим расходом энергии, в сравнении с предыдущим видом.
3. t=10-3 -10-2 c, Е=1-10 МВт/см2. Для режима также применяется импульсно-периодическая установка, он подходит для обработки материала незначительной толщины.

Схема рабочей области включает в себя несколько важных элементов. Лазерный луч выходит из сопла, присадочная проволока обеспечивает усиление шва, а защитный газ противостоит негативным условиям окружающей среды.

Рациональный метод выбирается по конкретным условиям, что позволит получить желаемый результат с минимальными экономическими затратами.

Важно! Режимы сварки конструкционных сталей лазером выбираются индивидуально, это напрямую зависит от конкретных условий и поставленных задач.

По экономическим

Первым экономическим аспектом считается скорость сваривания. Он регулирует производительность. Использование лазерных установок непрерывного типа осуществляется на скоростных режимах, которые в 15 раз интенсивнее, чем у простых видов сварки.

Следующий экономический фактор – сокращение затрат металла. Например, обработку детали толщиной 30 мм реализуют за 1 проход без подготовительных мероприятий и использования присадок. Для сварки ручного вида требуется пару заходов.

Концентрированный лазерный луч локального действия – это последний фактор. Благодаря такому действию есть возможность получить сварное закрепление в области с небольшой площадью и сложно доступных местах.

По технологическим

По первому сварка лазером разделяется на метод небольших толщин и обработку глубокого действия. Последнюю разновидность, как правило, используют без присадок, хотя для улучшения степени проплавления и повышения качества свариваемости в зону воздействия подают присадочный материал.
Глубокое проплавление реализуют в защищенной среде.
Объекты незначительной толщины сваривают установками непрерывного и импульсно-периодического типа. Первые хорошо себя зарекомендовали в шовной сварке, а вторые – для точечной.

Присадки и специальную среду использовать не обязательно, поскольку на проплавление малых толщин они не оказывают большого влияния. Обработку проводят в газовой среде, если нужно уменьшить вероятность окисления швов.

Основные правила работы с лазерными сварочными установками

Существует несколько обязательных правил, которые необходимо соблюдать:

• Места сваривания должны быть хорошо просушены: влага с местах соединения привод к повышенной гидратации, как результат – снижается прочность шва и его долговечность.
• На пути прохождения луча не должны находиться предметы, тем более, руки оператора: можно получить некачественный шов и глубокие ожоги тела.
• Перед началом работы проверяется целостность всех элементов сварочного оборудования: неисправность любого элемента приводит к снижению качества шва.
• Запрещено держать на рабочем столе легковоспламеняющиеся жидкости и материалы: возможно возгорание.

Для каждого свариваемого материала подбирается свой режим работы: он определяет скорость перемещения лазера от ширины шва, толщины материала и его физических свойств.

Максимальный эффект использования лазерной сварки достигается при работе с легированной сталью и чугуном; титаном и медью, их сплавами; керамикой и стеклом, термопластами. Способность лазерного луча разрушать поверхностные окислы без образования новых пленок позволяет сваривать алюминий, титан и нержавеющую сталь без использования флюсов и газовой защитной среды: готовый шов по своему составу не отличается от заготовок и не требует дополнительной обработки.

Особенность технологии обеспечивает минимальную пористость шва: его прочность на 95% соответствует прочности материала заготовок.

Область применения

Наибольшая эффективность сварки наблюдается у изделий с толщиной до 10 мм. Метод не получил широкого распространения по экономическим причинам, поскольку стоимость установки и дополнительного оборудования находится на высоком уровне.

Такая обработка используется в тех случаях, когда другие виды сварки применить невозможно и требуется точное сохранение конструкции детали после всех манипуляций. Концентрированное воздействие энергетическим лучом гарантирует минимальное изменение свойств и геометрии изделия. Это отличное решение для соединения сложно свариваемых металлов , при этом присадки, вакуумные камеры и другие дополнительные элементы не нужны.

Фотон Компакт — компактная система для лазерной сварки в ручном и автоматическом режиме.

главная / лазерное оборудование / лазерные системы ЛЦ / аппарат лазерной сварки

Получить предложение >>>

оборудование для лазерной сварки Фотон Компакт

• Компакность и удобство
• Высокие удельные характеристики
• Высокоэффективная система охлаждения
• Удобное меню настройки и выбора параметров сварки
• Программируемая форма импульса лазерного излучения
• Возможность регулирования диаметра луча (от 0.15 мм)
• Возможность подключения видеоадаптера с видеокамерой
• SMA-разъем для подключения различных оптических устройств
• Синхронизация с устройствами перемещения/подачи изделий
• Возможность сварки в среде защитного газа
• Широкий выбор осветителей зоны сварки
• Оптимальная стандартная комплектация и дополнительные опции.

Новый сварочный лазер Фотон Компакт является развитием популярной серии лазеров BlackLight

Учитывая весь положительный опыт, накопленный при производстве лазеров BlackLight, а также пожелания наших заказчиков, инженерами Лазерного Центра была разработана новая конструкция — Фотон Компакт, которая позволяет существенно расширить сферу применения данного устройства для лазерной сварки:

• В аппарате лазерной сварки Фотон Компакт имеется возможность работы с устройствами перемещения/подачи изделий: координатными столами, а также вращателем для сварки цилиндрических деталей.
• Сварочная головка с бинокуляром может комплектоваться 3-мя видами осветителей: внутренним, внешним с гибкой подводкой и внешним кольцевым. Доступны любые сочетания осветителей.
• Если необходим контроль процесса сварки, мы можем предложить заказчикам видеоадаптер, выводящий качественную картинку на большой экран. Видеоадаптер может комплектоваться электронным перекрестьем, которое позволяет контролировать процесс сварки на TV экране или экране монитора.
• Для улучшения эргономики рабочего места оператора, к сварочной головке предлагается дополнительная поворотная насадка, которая разворачивает окуляры под прямым углом к оптическому каналу.
• Возможность сварки в среде защитного газа существенно улучшена. Теперь для подачи газа можно использовать специальный конус, надёжно защищающий зону сварки.
• Доступен для заказа специализированный объектив, позволяющий получить сварочное пятно диаметром 150 мкм и 30х увеличение в оптическом канале.
• В сварочном лазере Фотон Компакт повышена производительность системы охлаждения и при этом снижен уровень шума работы прибора.
• Для заказчиков по-прежнему доступны традиционные опции – держатель для оптоволокна, сварочный объектив со сменными размерами пятна.

Области применения оборудования для лазерной сварки Фотон Компакт:

• точечная сварка «встык»,
• сварка чистых материалов без внесения примесей,
• лазерная наплавка, ремонт пресс-форм и исправление их дефектов,
• лазерная сварка деталей и инструмента медицинского назначения, в т.ч. нержавеющей стали, титана, сплавов типа хром-кобальт-молибден,
• сварка и ремонт ювелирных изделий, часовых механизмов, очковых оправ,
• соединение составных частей объемных букв и конструкций,
• поверхностное упрочнение материалов, наваривание режущих и рубящих кромок,
• прецизионная лазерная сварка в микроэлектронике и приборостроении, герметизация химических источников тока.

Образцы лазерной сварки:
Видео:

Сварка звеньев цепи

Видео лазерной сварки предоставила компания Rumex, Казань — производитель медицинского инструмента

Видео процесса лазерной сварки и герметизации корпуса из ковара на установке ФотонКомпакт:

Технические характеристики аппарата Фотон Компакт:

Панель управления лазером позволяет регулировать длительность, частоту, форму импульса и мощность лазера:

Программный комплекс «МаксиГрафTM» управляет перемещением координатного стола и вращателя.

Стандартная комплектация:

— Блок генерации Фотон Компакт; — Стол с вертикальной направляющей; — Сварочная головка с бинокуляром; — Внешний осветитель; — Конус подачи защитного газа; — Программное обеспечение SinMark.

Дополнительное оборудование:

— Вращатели ПВ60 и ПВ60М: Устройства предназначены для вращения цилиндрических или конических изделий в процессе лазерной сварки. Автоматическая синхронизация вращения изделия и работы лазера обеспечивает однородность и герметичность сварных швов на телах вращения. Свариваемые детали зажимаются трехкулачковым самоцентрирующим патроном. Видео процесса лазерной сварки с устройством для вращения изделия: Сварка стакана датчика пьезоэлектрического преобразователя и мембраны Материал — сталь 12Х18Н10Т. Толщина мембраны — 0,3мм. Лазерная сварка труб, цилиндрических изделий

— Координатный стол LES 5 с ходом 210 мм: Координатный стол предназначен для линейного перемещения изделия в процессе лазерной сварки. Благодаря синхронизации перемещения изделия с работой лазера достигается однородность и герметичность стыковых и нахлесточных сварных швов.

Узнать цену >>>

Задать вопрос >>>

Компании, которые используют в своем производственном процессе установки для лазерной сварки BlackLight и ФотонКомпакт

Общие условия поставки оборудования >>>

Отзывы о работе лазерных станков. Фото и видео материалы о работе оборудования на производственных площадках наших клиентов. Благодарности и рекомендации.

Популярные системы для маркировки поставляются нами по программе «ЭКСПРЕСС-ПРОДАЖА» оборудования. см. Условия, комплектацию и стоимость оборудования для участников программы >>>

Приобрести наше оборудование в лизинг можно через любую выбранную Вами лизинговую компанию или на условиях наших лизинг-партнеров.

Технология

Суть метода заключается в направлении лазерного луча в фокус, где сечение пучка уменьшается. При попадании на деталь концентрированная энергия изменяет структуру металла, температура повышается мгновенно, что приводит к плавлению и образованию сварного шва. Процесс реализуется частичным и полным проплавлением, независимо от положения в пространстве. Для обработки изделий с небольшой толщиной луч расфокусируется.

Импульсное излучение характеризуется формированием сварного шва в виде точек. Установки оборудованы твердотельными лазерами, благодаря высоким техническим характеристикам скорость сварки составляет 5 мм/с. Дополнительно используются присадочные материалы, в роли которых могут выступать лента, проволока, специальный порошок. Они повышают качество сцепления за счет увеличения сечения шва.

Содержание

1. Особенности лазерной сварки металлов
2. Классификация методов лазерной сварки

• Классификация по энергетическим признакам
• Классификация по технологическим признакам
• Классификация по экономическим признакам

• Область применения лазерной сварки
• Технология лазерной сварки
• Сварка сталей
• Сварка алюминиевых и магниевых сплавов
• Сварка титана и титановых сплавов

Оборудование и установки для сварки лазером

• Твердотельные лазеры
• Газовые лазеры
• Системы транспортировки и фокусировки лазерного луча
• Система газовой защиты
• Система перемещения луча и изделия

Видео: Лазерная гибридная сварка

Преимущества и недостатки

Актуальность данной методики заключается в наличии большого количества преимуществ. К ним относятся:

• Точная концентрация энергии, за счет чего удается получить изделия высокого качества, причем размер деталей может быть незначительным по радиусу.
• Высокопроизводительные газовые установки позволяют проплавлять узкие швы, что уменьшает область термического действия и уменьшает степень деформации и поверхностного напряжения.
• Сварочные работы проводятся лазером, расположенном на некотором расстоянии от рабочей зоны, что является экономически выгодным решением.
• Оптоволокно и система зеркал дает возможность корректировать положение, что позволяет выполнять сварочные работы любой сложности, например, для труб большого диаметра.
• Одновременно можно скреплять несколько деталей за счет расщепляющих призм.

К негативным качествам лазера относится высокая стоимость оборудования, поэтому такой вариант подходит исключительно для крупных предприятий.

Как работает сварка лазером

В лазерном аппарате для генерации излучения применяют 2 вида компонентов: газовые и твердотельные. Мощность первых достигает 25 кВт. Их конструкция включает полую трубку, содержащую газовую смесь. Мощность твердотельных генераторов не превышает 6 кВт. Они представляют собой рубиновый или гранатовый стержень, усиленный неодимом.

Принцип работы заключается в генерации светового потока, который через оптический резонатор попадает в систему зеркал. Требуемая для расплавления металла энергия образуется при прохождении луча через фокусирующую линзу. Рабочие параметры сварочной установки задают вручную или автоматически.

При использовании аппарата с ЧПУ (числовым программным управлением) непосредственное участие мастера в процессе не требуется. При ручной лазерной сварке оператор перемещает головку агрегата с помощью пульта.

Условия и методы проведения процесса

Высокая концентрация луча достигается за счет ряда отражений от зеркал, которые имеют полусферическую форму. При достижении критического показателя, пучок преодолевает центральную зону первого зеркала и проникает через призмы непосредственно в рабочий участок.

Лазерная резка и сварка металлов производятся при различной локализации заготовок. Глубина плавления корректируется в широком спектре, начиная от поверхностной, заканчивая сквозной. Обработка проводится постоянным либо прерывистым лучом. КПД лазерной технологии небольшой и требует высокой квалификации от рабочего.

Процесс делится на несколько разновидностей:

• Стыковая. Применяется без присадок и порошков, но для обработки требуется защитная среда.
• Внахлест. Соединяемые кромки устанавливаются одна поверх другой. Необходимо обеспечить надежное закрепление заготовок.

Существуют компактные модели для бытового использования, которые позволяют сваривать металлические изделия своими руками.

Условия для работы лазером и техника безопасности

Для получения мощного луча требуется фокусировка. Она достигается благодаря нескольким последовательным отражениям. При превышении порогового значения интенсивности поток попадает в центр переднего зеркала, откуда подается в направляющие призмы и выходит в рабочую зону. Лазерная сварка проводится в любых условиях: при разных вариантах расположения деталей и глубины проплавления. Соединение формируют точечно или непрерывно.

Рекомендуем к прочтению Классификация основных видов сварки плавлением

Сварочный процесс имеет некоторые особенности, которые могут привести к травмированию мастера при несоблюдении техники безопасности:

1. На пути луча не должно быть посторонних предметов. Если в рабочую область попадает рука сварщика, человек получает глубокий ожог.
2. Перед началом сварки нужно проверять целостность и исправность основных элементов установки. В противном случае качество шва снижается, мастер рискует получить травму.
3. На рабочем месте не должны находиться легковоспламеняющиеся предметы.

Аппараты

Оборудование представлено в виде крупногабаритных станков или мобильных устройств:

• ЛАТ-С – станок, предназначенный для наплавки и сварки металлических изделий. Устройство показывает высокие технические характеристики, он оснащается координатными станками автоматического типа, что увеличивает скорость обработки сложных конструкций.
• CLW120 – лазерный сварочный аппарат, который обладает ювелирной точностью. Используется для обработки черных и цветных сплавов, нержавейки и титана. Работает устройство от 220 В, поэтому подходит для бытового применения от электрического щитка.

Сварщик высшей категории Ивлеев А. В.:«Подавляющее большинство моделей для лазерной сварки оборудованы бинокуляром, элемент защищает зрение от негативного воздействия яркого луча и улучшает видимость детали».

С твердым активным элементом

Принцип работы заключается в следующих аспектах:

• Твердый элемент в форме стержня – это источник луча, он находится в специальной камере.
• Лампочка накачки генерирует вспышки света, которые активируют рабочее тело.

Схема твердотельного лазера

Твердотельная часть производится из рубина, этот материал показал высокие технические характеристики, безопасность и безупречную эффективность.

С элементами на основе газовой среды

Это высокопроизводительные станки, которые работают в сочетании с газовой защитой. Активной средой выступает смесь азота, кислорода, гелия, она поступает под высоким давлением, достигающим более 10 кПа. Возбуждение рабочих газов происходит за счет электрического разряда. КПД устройства не превышает 15%.

Азот и гелий передают энергию углекислому газу, что создает идеальные условия для получения разряда.

Классификация газовых лазеров

По методу охлаждения установки разделяются на две большие группы: с конвективной (интенсивной) и диффузной (замедленной) прокачкой. Последняя используется в однолучевых лазерах с малой мощностью. Конвективную целесообразно монтировать в мощные устройства.

По стороне движения газов относительно электродов зеркал резонатора и газовой камеры, конвективные лазеры разделяются на поперечную и продольную прокачку. Возбуждение смеси осуществляется разрядом высокочастотного или постоянного тока. За охлаждение резонатора и оптических элементов отвечает двухконтурная охладительная система, рабочая смесь остывает теплообменником по типу вода-газ.

Системы транспортировки и фокусировки луча

Эта система включает в себя защитные лучепроводы, зеркало и фокусирующий элемент. Зеркало предназначено для изменения траектории луча и перемещает в рабочую зону. Твердотельные лазеры малой мощности оборудованы специальными призмами и преломляющими зеркалами, которые состоят из многослойного диэлектрического покрытия. Газовые лазеры обладают зеркалами из меди, более мощные устройства используют зеркала с водяной системой охлаждения.

Фокусирующий элемент (тубус) совершает движения относительно обрабатываемой детали. В нем закрепляется линза. Твердотельные лазеры оснащены стеклянными оптическими линзами, для газовых используют призмы из селенида цинка либо хлорида калия. Воздушные шторки защищают линзы от продуктов плавления.

Фокусное расстояние для получения высокой мощности должно составлять около 100-150 мм. уменьшение этого показателя приводит к трудности с отводом вредных продуктов.

При лазерной сварке твердосплавного металла расстояние от источника энергии до рабочей зоны определяется табличным методом.

Газовая защита

Цель системы газовой защиты заключается в уменьшении вероятности окисления в области сварного шва и зоны вокруг него. Она включает в себя сопла разных конструкций. Эти элементы устраняют брызги и пары, которые появляются при сварке. Сопло выбирается в зависимости от уровня химической активности материалов, мощности, глубины плавления. В рабочую зону подается газ, наиболее подходящий по составу.

Перемещение луча и изделия

Свариваемые изделия и энергетический луч перемещаются посредством манипулятора с ЧПУ, который имеет несколько степеней свободы, этот показатель зависит от сложности процесса. Скорость движения может достигать 400 м/ч.

При обработке габаритных деталей с большой массой целесообразнее перемещать луч, а не деталь. Этот процесс реализуется посредством передвижных зеркал. Самой перспективной системой является закрепление инструмента в автоматическом манипуляторе.

Гибридные установки

Гибридная дуговая сварка отлично подходит для создания прямых сварочных швов. Главным преимуществом таких установок является полное сплавление всевозможных профилей без специальной подготовки.
Особенность метода заключается в комбинации электрической дуги с энергетическим лучом. Он используется для скрепления деталей большой толщины на повышенной скорости в режиме автомат и низком теплообмене. Качество швов получается на высоком уровне.

Особенности технологического процесса

Лазерная сварка действует по следующему принципу: лазерное излучение проходит через фокусирующую систему, сконцентрированный пучок энергии направляется на свариваемые детали, где частично отражается. Значительная часть энергии проникает вглубь материала, тем самым нагревает и расплавляет его. Такой метод сварки позволяет проводить работу в любом положении и под любым углом.

Лазерный луч необходимо корректировать в зависимости от толщины материала. Чем толще материал, тем большую фокусировку нужно использовать.

Особенности работы с тонкостенными материалами

Сваривание деталей средних и крупных габаритов осуществляется методом плавления по всей толщине. Для этих целей применяются источники высокой концентрации. Главным нюансом при обработке тонкостенных изделий является риск прожечь лист. Во избежание такого результата необходимо контролировать такие показатели:

• мощность;
• фокусировку;
• скорость передвижения энергетического луча.

Для соединения тонкостенных заготовок установку следует выставлять на минимальный показатель мощности. Установка непрерывного типа должна обладать повышенной скоростью передвижения контактного пятна.

При импульсном режиме уменьшают продолжительность импульса и увеличивают скважность. Если плотность потока слишком большая, то прибегают к расфокусировке луча, что уменьшает полезное действие, но устраняет вероятность прожига и разбрызгивания жидкого металла.

Особенности сварки материалов с разными физическими свойствами

При любом виде сварки учитываются особенности соединяемых материалов. Это относится и к сварке с помощью лазера.

Сталь. Требование к поверхностям – отсутствие любых загрязнений (ржавчины, пыли, следов масла или нефтепродуктов) и тщательная сушка. Оптимальный вариант соединения – в стык: использование других вариант повышает риск деформации шва. При работе используется смесь аргона и углекислого газа.

Магний, алюминий. Металлы активно взаимодействуют с воздухом (быстро образуется оксидный налет с высокой температурой плавления). Подготовка поверхности аналогична процедурам при электродуговой сварке – удаление налета, протравливание химическими реагентами, промывка водой. При сварке обязательно используется инертный газ.

Титан и сплавы. С поверхности удаляется грязь и налет, протравливаются места сварки, повторно очищаются механическим путем. Для исключения риска образования холодных трещин используется чистый гелий, а при кристаллизации шва используют аргон.

Стекло. При работе используются как стандартные газовые смеси в паре с гелием (имеет плазмоподавлющие свойства), так и комбинированные (с защитными свойствами и подавлением плазмы) – зависит от квалификации оператора.

Пластик. Процесс и смеси – как при сварке стекла. Но важным моментом является своевременная регулировка мощности: материал имеет низкую температуру плавления.

Тонкостенные заготовки и нержавеющая сталь. Оборудование используется на минимальной мощности (регулируется мощность луча и фокусировка точки сваривания). Необходим постоянный контроль скорости перемещения головки при шовной сварке и уменьшение длительности импульсов – при точечном способе соединения. Как вариант – уменьшение КПД установки для исключения сквозного прожига и разбрызгивания металла: выполняю расфокусировку луча.

Различия в технологиях

Технология соединения деталей методом сварки для каждого металла и сплавов имеет ряд отличительных особенностей. К примеру, параметры обработки стальных изделий марки 30ХГСА требуют предварительной очистки от окалины и следов коррозии. Деталь необходимо высушить, что уменьшит вероятность появления оксидной пленки, пористой структуры и шовных трещин. Область контакта нужно обработать обезжиривающими средствами.

Сталь

Обработка стальных изделий проводится только после тщательной подготовки, она заключается в удалении грязи и влаги. В противном случае есть высокий риск образования дефектов в области, которая была подвержена термическому воздействию. Перекос и зазор между сварными кромками изделий должны быть минимальными. Размер зазора – не больше 7% от толщины плавления.

Прихватки делать рекомендуется только в случае крайней необходимости. Для стальных деталей лучше использовать стыковой метод сварки. Замковая и нахлесточная разновидности имеют высокую чувствительность к концентрированному напряжению. Процесс проводится в аргоновой среде с углекислым газом, в пропорции 3:1. Низкоуглеродистые стали обрабатывают без специальной защитной среды.

Алюминиевые и магниевые сплавы

Плавление магния, алюминия и сплавов этих металлов осложняется их активностью, они вступают в связь с окружающей средой и различными легирующими элементами. Плюс ко всему, сварные кромки покрываются оксидной пленкой. Данные нюансы удается преодолеть за счет концентрированного энергетического луча.

Подготовительные мероприятия не отличаются от тех, которые необходимо проводить перед дуговой сваркой. В их число входит механическая обработка с очисткой, травлением, промывкой горячей водой и зачисткой, что уменьшает риск появления оксидной пленки. Сварка реализуется в защитной среде из гелия или аргона.

Титан и титановые сплавы

При повышенной температуре титан и сплавы на его основе, например, титан технологии вт1 вт20, проявляют чрезмерную активность. Нагрев более 300 градусов провоцирует рост зерен, появляется склонность к формированию холодных трещин, если уровень водорода возрастает. Кромки подготавливаются механической или дробеструйной обработками с травлением химическими реагентами, осветлением, очисткой. Защитной средой выступает очищенный гелий, а остывание изделий целесообразно проводить в аргоне.

Особенности лазерной сварки различных металлов

При сваривании стали предварительно необходимо провести механическую очистку деталей. Нужно избавиться от коррозии и окалины для предотвращения появления оксидных соединений. Зачистку можно проводить с помощью обычных нержавеющих щёток, захватывая 10-15 см от будущего места сварки. Место сваривания стальных деталей необходимо обезжирить.

Алюминий

При сварке алюминия возникает возможность окисления поверхности и испарения летучих элементов. Металл необходимо механически обработать, произвести травление и перед сваркой зачистить шабером.

Титан

Во избежание трудностей при сварке титана нужно осуществить зачистку, при этом можно применить пескоструйную обработку. Позже химически затравить, промыть и обработать гелием.

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.

Основные сферы применения

Лазерная сварка имеет широкое применение:

1. Ремонт ювелирных изделий. Благодаря высокой точности возможен ремонт ювелирных изделий из золота и серебра. Из-за того, что предмет нагревается не полностью, а лишь отдельные его участки, удаётся избежать деформации мягких металлов. В результате ремонта остаётся чистый шов, не загрязнённый частицами припоя. Его можно легко сгладить с помощью шлифовки.
2. Соединение алюминия. Лазерная сварка упрощает процесс сварки алюминия, так как нет необходимости создавать вакуум. Необходима только тщательная зачистка места сварки от оксидной плёнки и остатков лакокрасочных покрытий.
3. Сварка стали. Использование лазера при сварке стали позволяет получить аккуратный шов, высокую прочность соединений и минимизировать коррозию свариваемых участков.

Технология сварочной головки с колебаниями

РИСУНОК 1 демонстрирует концепцию движения двумерного динамического луча или головки с технологией колебаний, где показаны четыре основные программируемые формы, доступные из стандартной сварочной головки, например, D30 из IPG Photonics. Независимый контроль амплитуды и частоты колебаний достигается с помощью контроллера гальво-зеркал, что обеспечивает большую гибкость в стабилизации расплава канала проплавления в процессе сварки с типичными частотами до 300 Гц, используемыми в большинстве приложений. Мощность обработки коммерческих сварочных головок с колебанием луча теперь доступна до 12 кВт.

РИСУНОК 1. Примеры форм колебаний из имеющихся в продаже сварочных головок с независимой регулируемой амплитудой и частотой до 300 Гц.

Стабильность расплава канала проплавления является критическим фактором, когда лазерная сварка затрудняет использование материалов с высокой отражающей способностью, таких как медь и алюминий. Это отчасти объясняется тенденцией к разбрызгиванию и, в случае некоторых алюминиевых сплавов, демонстрирует высокий уровень пористости из-за вязкости и поверхностного натяжения расплава, что делает эти материалы трудными для сварки с использованием более традиционных методов лазерной сварки. Недавние исследования [1-4] показали уменьшение или устранение этих проблем методом лучевого колебания, включая недавнее систематическое исследование как с использованием, так и без присадочной проволоки на автомобильных алюминиевых сплавах [2].

В целом, метод колебаний позволяет лучше регулировать температуру детали, поскольку луч проходит несколько раз в любой точке сварного шва. Градиент роста температуры и скорости охлаждения медленнее, чем при традиционной лазерной сварке, что помогает устранить дефекты и управлять брызгами. Кроме того, этот метод сварки совместим с типичными сварочными аксессуарами, такими как вспомогательные газовые порты и коаксиальные сопла, которые обеспечивают подавление плазмы и могут помочь контролировать разбрызгивание, которые не могут быть легко совместимы с сканирующими головами, используемыми при дистанционной сварке.

В дополнение к стабилизации расплава канала проплавления и уменьшению пористости в последующем шве метод качания луча оказался ценным для облегчения требований к подгонке деталей для лазерной сварки, как указано в ТАБЛИЦЕ. Используя одну из программируемых фигур (знак бесконечности в этом случае) и оптимизируя амплитуду и частоту колебаний, видно увеличение допустимого зазора шва 3X, которое достигается при обычной лазерной сварке.

ТАБЛИЦА. Краткое описание сварки вобуляционной головкой с колебаниями в окне процесса для зазора шва и смещения, где коэффициент 2-3 увеличения обоих параметров процесса может быть достигнут по сравнению с обычной лазерной сваркой.

Преимущества лазерного сваривание нержавейки

• По себестоимости такой процесс не имеет особое отличие от простых методов, где применяется дуговое сваривание и электроды;

• Присутствует весьма большая точность, благодаря которой соединения высчитывается по десятым долям миллиметров;

• Имеет возможность выполняться в автоматическом режиме, и на дистанционном управлении;

• Если сравнивать со свариванием, где используются электронные лучи, то здесь для эффективного результата, нет необходимости в использовании специальной вакуумной среды;

• Подобный вид сваривания обладает высокой скоростью проведения работ, что считается огромным плюсом в производственных сферах;

• Имеется возможность в формировании швов почти различных геометрий;

• Великолепно подходит для сваривания, как нержавеющей стали, так и алюминия с остальными проблематичными сплавами;

• Благодаря качеству соединения, можно изготовлять герметичные сваривания.

Недостатки

• Для проведения подобного процесса понадобится приобрести необходимое оборудование;

• Весьма дорогостоящая техника для проведения свариваемых работ;

• Коэффициент полезного действия весьма маленький, составляет 1-2%;

• Отсутствует возможность в образовании толстых соединений, в отличие от многих разновидностей сваривания.

• Необходимость в четких настройках параметров и регулировках в соответствии с каждой процедурой.