Виды лазерной сварки, особенности

Лазерная сварка – процесс соединения двух металлических деталей с помощью высококонцентрированного луча лазера. Интенсивный луч направляется между двумя соединяемыми материалами и расплавляет поверхность в местах соединения. В результате детали прочно свариваются друг с другом, и образуются узкие аккуратные швы без наплывов.

Современные виды оборудования, такие как аппараты лазерной сварки ТМ SENFENG, позволяют изменять мощность лазера, положение фокуса, регулировать скорость, менять режимы передачи энергии с импульсного на непрерывный и обратно. Благодаря инновационным технологиям такой способ соединения деталей используется в разных сферах – от производства медицинской и космической техники до изготовления ювелирных украшений.

Особенности лазерной сварки в отличие от обычной:

• малая ширина сварного шва;
• глубокое проплавление;
• большая прочность соединения;
• низкий уровень деформации материала;
• быстрое время обработки;
• высокая точность;
• возможность сваривать детали в труднодоступных местах.

Сварные соединения лазером выглядят более эстетично. Таких результатов при обычных способах может добиться только опытный сварщик. На лазерном станке работает оператор, который просто задает программу и меняет настройки.

Существует несколько видов лазерной сварки, выбор которых зависит от материала, толщины, конфигурации и назначения заготовок.

Основные методы лазерной сварки

По режиму проводимости выделяют 2 основных вида лазерной сварки: с низким и глубоким проникновением.

Для низкотеплопроводного сваривания применяется мощность малой плотности, составляющей меньше 100 Вт/см². Благодаря такому методу материал нагревается выше температуры плавления без испарения. Лазерный луч проникает на глубину не более 2 мм. Неглубокое проникновение помогает сваривать детали из материала, чувствительного к тепловому воздействию.

Сварные работы в режиме низкой проводимости обеспечивают точность с минимальным термическим воздействием. В результате получается эстетичный тонкий шов. Также сварка минимизирует деформацию, что важно для стабильности работы механизмов и увеличения срока службы изготовленных изделий. Такой способ подходит для соединения тончайших листов металла, когда требуется особенная гладкость швов, и для легкоплавких сплавов – олова, магния, свинца, цинка.

В сварке с глубоким проникновением задействуется мощность более высокой плотности. Поверхность заготовки нагревается выше температуры испарения, и луч углубляется внутрь материала на большую глубину по принципу замочной скважины. В результате образуется полость при выталкивании расплавленного материала, который затем заполняется наполнителем.

По сравнению с газовой и дуговой сваркой метод «замочной скважины» с помощью лазера обеспечивает более гладкие сварные швы. Во время сваривания лазерным лучом высокой мощности нет искр и дыма, что делает операции более безопасными. Не требуется последующая шлифовка швов, благодаря чему уменьшаются затраты на дополнительную обработку деталей.

Режимы лазерной сварки

В зависимости от формы колебаний лазера процесс сваривания может быть импульсным или непрерывным. Импульсный лазер выдает пиковую мощность, превышающую в несколько раз средний показатель. Чем короче импульс, тем большую пиковую мощность выдает лазер из-за уменьшения теплового эффекта. В результате импульсные лазеры обеспечивают лучшую подгонку деталей, высокую эффективность сваривания с большим диаметром пятна. Такой способ используется для точечной сварки и герметизации швов, когда важным показателем является подвод тепла.

В непрерывном режиме лазер генерирует дискретные импульсы излучения с помощью модуляции, благодаря чему швы свариваются на высокой скорости. К примеру, лазерный сварочный станок мощностью 500 Вт в непрерывном режиме обеспечивает проникновение на 0,5 мм со скоростью 100 мм/сек. Такой режим используется при высокоскоростной сварке швов и для соединения очень тонких материалов.

Виды сварочных швов лазером

Сварка лазером обеспечивает 3 вида соединений — внахлест, встык и с угловым швом. Более эффективный способ сваривания – встык. Но в этом случае особенно важная точная подгонка заготовок, которые должны соприкасаться по всей длине с допуском менее 100 микрон. Лазерный луч проходит вдоль места соединения, расплавляет края, и после остывания материал прочно скрепляется.

Сварные швы внахлест требуют меньшего допуска, поскольку площадь соединения более широкая. Но для таких швов необходимо больше энергии, чтобы луч проник вглубь материала.

Угловой шов образуется, когда луч проникает под углом между двумя заготовками. Такой способ крепления применяется, если нужно сварить детали сложной конфигурации.

Типы сварочных лазерных аппаратов

В зависимости от материала излучателя лазер может быть твердотельным и газовым.

При лазерной сварке с излучателем YAG для выделения тепла, чтобы расплавить поверхность материала, используется инфракрасный луч. Такой способ эффективен с листовыми металлами и трубками тонкой калибровки. Твердотельные лазеры обеспечивают низкое тепловое искажение и минимальное разбрызгивание расплавленного металла. В результате сваривания получаются тонкие швы с точным попаданием без повреждения окружающих участков.

Система CO2 пропускает луч через неподвижные зеркала. При работе CO2-лазером для выделения тепла в свариваемом материале используется луч невидимого света. По сравнению с твердотельными лазерами газовые лучи способны проникнуть в более толстые материалы, такие как алюминиевые сплавы и разные виды стали.

При работе со сплавом на основе алюминия следует обращать внимание на минимальное содержание легирующих элементов. В стали должно быть минимальным содержание углерода, фосфора, серы и марганца. СО2-лазеры выделяют меньшее количество тепла, что делает их более подходящими для легкоплавких материалов, где нагревание может привести к деформации заготовки.

Среди последних разработок особое распространение получили оптоволоконные лазеры, где в качестве генерирующей среды используется оптическое волокно. Такие излучатели способны выдавать более высокую мощность от небольших источников. В результате получаются компактные сварочные аппараты с автоматизированным процессом работы. Оптоволоконные лазеры используют волны разной длины, одни их которых вызывают поглощение, а другие – абляцию. Поэтому оптоволоконные лазерные аппараты подходят для сварки более твердых материалов, таких как титановые сплавы с высокой теплопроводностью.