Лазерная сварка: Виды, преимущества и области применения

Лазерная сварка (усиление света стимулированным излучением излучения) является одной из наиболее технически совершенных форм сварки.Вообще сфера применения лазерной сварки охватывает широкий спектр отраслей промышленности — от аэрокосмической до изготовления ювелирных изделий.

Однако существует несколько видов сварки, которые использовались задолго до лазерной сварки, поэтому возникает вопрос: зачем нам нужны лазерные технологии, когда у нас есть другие альтернативы?

Мы углубимся в это после краткого ознакомления с зарождением технологии. Именно Эйнштейн предсказал стимулированное излучение, которое является основным принципом лазера.

ПО ТЕМЕ: УЛЬТРАЗВУКОВАЯ СВАРКА: ПЕРСПЕКТИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ КАК ПЛАСТМАСС, ТАК И МЕТАЛЛОВ

Однако только в 1967 году мы впервые использовали лазер для его сварки и резки. В лазере, использованном в экспериментах 1967 года, использовался газ с добавлением кислорода с концентрированным лазерным лучом CO2.

Проект возглавлял доктор Питер Хоулдкрофт. Эксперимент и его детали были объяснены в статье под названием «Газоструйная лазерная резка» А.Б. Дж. Салливана и П.Т. Хоулдкрофта.

Лазерная резка заложила основу для лазерной сварки, поскольку она предполагает плавление металла без его пробивки.

Процесс лазерной сварки
Лазерная сварка использует высококонцентрированный луч света на очень маленьком участке, так что область под лазерным лучом поглощает свет и становится очень энергичной. При использовании мощных лазерных лучей электроны в этой области возбуждаются до такой степени, что материал плавится в результате разрыва атомами связей друг с другом.

Лазерная сварка также может быть использована для соединения пластмасс.

Это плавление двух материалов на их швах сплавляет их в соединение. Удивительно, как свет может быть достаточно мощным, чтобы метать металлы в течение миллисекунд. Для получения таких мощных лазерных лучей в лазерном сварочном аппарате используется несколько деталей, которые направляют и усиливают лазер.

Газовые лазеры, твердотельные лазеры и волоконные лазеры являются тремя наиболее распространенными лазерами, используемыми в лазерном сварочном аппарате.

Обычно лазерный луч подается на лазерный сварочный аппарат с помощью оптических волокон. Существуют аппараты для сварки отдельных волокон и аппараты для сварки нескольких волокон. Аппараты для сварки нескольких волокон имеют лазер, подключенный к каждому волокну, с каждым волокном сила лазера увеличивается.

Для концентрации луча в определенной точке до того, как он покинет аппарат, часто используется коллиматорная линза в сочетании с фокусирующей линзой.

Четыре основных сварных соединения могут быть выполнены с помощью лазерной сварки:

Стыковой сварной шов
Присадочный шов внахлест
Сварной шов с перекрытием
Сварной шов краевого Фланца
Использование технологического газа при лазерной сварке
Если вы изучали лазерную сварку, вы, возможно, заметили, что постоянным спутником лазерного сопла является другое сопло, которое подает газ, называемый технологическим газом или режущим газом.

По сути, это поток газа, которым чаще всего является CO2, который также направляется к месту сварки с целью предотвращения контакта поверхности сварного шва с атмосферой.

Без использования режущего газа существует только два варианта сварочной атмосферы – либо обычная атмосфера, либо вакуум. Лазерная сварка в вакууме, безусловно, возможна, но маловероятна из-за ее высокой стоимости и необходимости специальной установки.

В нормальной атмосфере лазерная сварка без обработки газом может привести к неблагоприятным последствиям. Поскольку азот в воздухе находится в очень высокой концентрации, он может смешиваться с расплавленным металлом и вызывать образование пустот или отверстий внутри сварного шва. Такие случаи могут привести к повреждению сварного шва.

Такие факторы, как влажность воздуха, могут привести к образованию водорода при сварке. Диффузия водорода в металл также приводит к слабым сварным соединениям. Следовательно, лазерная сварка в нормальной атмосфере без экранирования вообще не рекомендуется.

Сварочные аппараты поставляются с насадкой для режущего газа, которая подает газ на поверхность сварного шва, следя за тем, чтобы никакие примеси не смешивались со сварным швом.

Виды лазерной сварки
Лазерная сварка может быть выполнена двумя способами – сварка теплопроводностью и сварка замочной скважины.

Сварка теплопроводностью: В этом процессе поверхность металла нагревается выше температуры плавления металла, но не до такой степени, чтобы он испарялся. Этот процесс используется для сварных швов, которым не требуется высокая прочность сварного шва.

Преимущество сварки горячей проводимостью заключается в том, что конечный сварной шов будет очень гладким и эстетичным. Маломощный лазер в диапазоне <500 Вт используется для сварки теплопроводностью.

Сварка замочной скважины: В этом процессе лазерный луч нагревает металл таким образом, что контактная поверхность испаряется, глубоко погружаясь в металл. Это создает замочную скважину, в которой создается состояние, подобное плазме, при температурах, значительно превышающих 10 000 К.

Для этого процесса требовались мощные лазеры мощностью более 105 Вт/мм2.

лазерная сварка с другими процессами сварки
Лазерная сварка часто используется в сочетании с дуговой сваркой для создания так называемой гибридной лазерной дуговой сварки. При гибридной лазерной дуговой сварке любой из процессов дуговой сварки, таких как MIG, TIG или SAW, используется с лазерной сваркой с глубоким проникновением.

В результате получается сварной шов, обладающий преимуществами как лазерной сварки, так и дуговой сварки.

Полученный сварной шов будет иметь глубокие проникающие швы, благодаря лазерной сварке, а также будет иметь повышенную устойчивость к подгонке швов. Другие нежелательные эффекты, такие как растрескивание и внутренняя пористость, также уменьшаются.

Преимущества использования метода лазерной сварки
Лазерная сварка обладает рядом преимуществ, которых часто нет в других методах сварки. Некоторыми из определяющих характеристик лазерной сварки являются:

Весь процесс сварки может быть легко автоматизирован с помощью настройки CAD / CAM
В этом процессе электрод не используется
Никакой формы износа инструмента не происходит
Лазерная сварка отличается высокой специфичностью при нацеливании
Получаются высококачественные сварные швы
ПО ТЕМЕ: РУКОВОДСТВО ПО ЗАРАБАТЫВАНИЮ ДЕНЕГ НА СВАРКЕ: ВАРИАНТЫ КАРЬЕРЫ И СОВЕТЫ

Вывод
Сварка лазерным лучом используется для высокоточных сварных швов. Поскольку в нем не используется никакой электрод, конечный сварной шов будет легким, но прочным. Первоначальные инвестиции, безусловно, дороги, но качество и характеристики лазерной сварки нелегко воспроизвести.

Поскольку лазеры становятся все более мощными и энергоэффективными, будущее лазерной сварки, безусловно, светлое!