Лазерная сварка: особенности и достоинства

Лазерная сварка является востребованным способом соединения изделий посредством локального оплавления материалов. Данная технология часто применяется для обработки металлических, пластиковых, стеклянных деталей и заготовок из другого твёрдого материала. Лазерная сварка обеспечивает повышенную точность соединения изделий самых сложных конфигураций с получением гладких швов без неровностей, искривления и других дефектов.

Основные особенности технологии

Лазерную сварку широко применяют в различных отраслях промышленности с целью формирования высокоточных и неразъёмных соединений. Для сварки металлических деталей используют специальное оборудование, которое является довольно простым в эксплуатации. Зачастую применяется роботизированный, автоматический или полуавтоматический сварочный аппарат.

Сам процесс предусматривает преобразование металла в месте стыка – лучи лазера, имеющие характерную монохромность, нагревают материал с дальнейшим оплавлением. Благодаря грамотному подбору длины волны лучей облегчается контроль лазерного потока в процессе фокусировки линз или при отклонении рабочей призмы. Мощность пучка можно регулировать благодаря волновому резонансу.

Лазерная сварка обладает следующими свойствами:

• когерентность: сочетание фазы тепловых полей лучей лазера на различных участках;
• монохроматичность: невысокая ширина линии спектра-источника;
• направленность: отсутствует рассеивание лазерных лучей при их перемещении от источников до обрабатываемой области.

Данные свойства обеспечивают максимально высокую мощность лучей, способствуя равномерному оплавлению и испарению металла на свариваемом участке. Главная особенность процесса сварки – возможность нахождения источника лазера на определённом расстоянии от зоны обработки, при этом лазерное пространство необязательно должно быть вакуумом.

Принцип действия лазерной сварки имеет следующий вид:

1. Плотная фиксация соединяемых элементов с формированием стыка.
2. Направление лазерного луча на место будущего шва.
3. Активизация генераторного устройства, которое равномерно прогревается и начинает плавить частицы металла на кромке изделий, при этом происходит параллельное испарение лишних химических элементов.

Особенности и методики сварки лазером

Лучи лазера имеют небольшое сечение, благодаря чему образуемый сплав устраняет имеющиеся неровности, заполняя трещинки и исправляя прочие дефекты в месте обработки. В процессе сварки происходит формирование сплава с высокой плотностью и практически нулевой пористостью – это выгодно отличает данную технологию от других способов соединения металлических деталей. Также при воздействии лазером не происходит окисления металлов благодаря повышенной скорости лучей, перемещающихся по поверхности изделий.

Лазерная сварка предполагает формирование двух видов швов:

• Сплошного: зачастую выполняется в процессе сваривания труб из нержавейки, когда нужно получить высокую степень герметичности стыка.
• Прерывистого: сварку импульсом зачастую применяют при соединении тонколистового металлопроката, толстостенных изделий, деталей со сложным профилем, небольших конструкций с поверхностным повреждением.

В зависимости от свойств соединяемых материалов, могут применяться разные методики лазерной сварки. Если вы планируете обрабатывать нержавеющую сталь, алюминий и медь, можете выбрать следующие методы:

• Стыковой. В этом случае не используют дополнительную присадку и флюс. Стык между изделиями составляет до 200 мкм – этого хватает для создания корректной фокусировки лучей лазера. При такой методике происходит «кинжальное» оплавление металла на всю толщину. В процессе лазерной сварки обеспечивается воздействие на швы азотом либо другим газом для защиты от окисления. В данном случае лазерное излучение имеет интенсивность не более 1 мВт/см².
• Нахлёсточный. В ходе операции металлические листы накладываются внахлёст. Посредством мощного лазерного излучения создаётся качественное соединение с дополнительным прижиманием деталей друг к другу. В этом случае зазор также не превышает 200 мкм.

Условия сварки металлов

Чтобы соединять изделия из нержавеющей стали и других металлов важно использовать лучи повышенной мощности, при этом в процессе сварки необходимо обеспечить точную фокусировку лазера. Лучи перемещаются на рабочие поверхности посредством направляющих линз и центральную часть переднего зеркала, когда интенсивность светового пучка достигает необходимого показателя.

Исходя из твёрдости материалов, сварка металла проводится с разной глубиной проплава. Возможно поверхностное или глубинное воздействие – данный показатель регулируют непосредственно в процессе оплавления материала.

Основные преимущества лазерной технологии

Если рассматривать отличительные преимущества сварки лазером, стоит выделить следующие положительные стороны:

• Универсальность применения: лазерная технология позволяет соединять почти любой металл и магнитный сплав, термопласты, керамику и даже стекло. Это обеспечивается благодаря регулированию мощности световых лучей.
• Повышенную точность: генерируемые световые пучки являются стабильными, что гарантирует создание сварных швов минимальных размеров, а также минимизирует нагревание околошовных участков, что исключает деформацию как самих стыков, так и изделий.
• Чистоту процесса (физическую, химическую): во время оплавления металла отсутствует возникновение побочных рентгеновских излучений, а отсутствие флюса, электрода и другого химического расходного материала не происходит загрязнение окружающего пространства. Это делает технологию безопасной для сварщиков и экологии.
• Удобство работы: гибкая настройка излучателей облегчает сварку на отдалении или в труднодоступном месте, обеспечивает сваривание изделий, находящихся за прозрачной преградой. При этом обеспечивается высочайшее качество и прочность формируемых швов.

Виды используемого оборудования

Для лазерной сварки применяется два вида аппаратов: твердотельные и газовые. Первые используются для сварки серебряных, пластмассовых, стальных нержавеющих, медных, стеклянных изделий и прочих твёрдых материалов. Оборудование комплектуется особым рубиновым стержнем (может быть представлен неодимовым стеклом), который размещается в специальной осветительной камере. Твердотельные лазеры могут обладать мощностью 1-6 кВт.

Газовые аппараты являются более мощными и производительными. В данном случае активным компонентом выступают смеси газов, которые позволяют соединять алюминиевые, титановые, стальные нержавеющие детали и другие похожие по параметрам металлы с использованием вспомогательных средств. Газовые сварочные аппараты являются более крупными по габаритам. Тем не менее существуют компактные устройства с поперечной прокачкой газа. Их мощность составляет от 20 кВт, что позволяет сваривать толстостенный металл на скорости до 60 м/ч.