Особенности технологии лазерной сварки. Как работает лазерная сварка?

Содержание

Примечания: Твердотельное оборудование часто используется для ремонта пластиковых и стеклянных очков. Он стал особенно популярен для сварки рам, поскольку этот процесс не требует использования клея.

Лазерная сварка. Часть Первая. Плюсы и минусы

В течение многих лет существовало мнение, что хороший сварщик никогда не останется без работы и без денег. Отчасти это связано с тем, что в последние годы наблюдается явная нехватка опытных специалистов для выполнения технических работ, и это относится не только к сварке, поскольку так сложилось, что именно сварка выглядит (и является) наиболее технологичной из всех работ строителей, ремонтников, монтажников и т.д., и требует не только знаний, но и опыта.

Как известно, ничто не стоит на месте, когда речь идет о спросе, и сварочная отрасль не является исключением. В последние годы лазерная сварка — процесс соединения металлов путем сварки их отдельных частей с помощью лазерного излучения — переживает бурный расцвет. В большинстве случаев вы только слышите о лазерной сварке и видите, как лазерные сварочные аппараты используются на изделиях, требующих высокой точности и аккуратности. Но мы не хотим забегать слишком далеко вперед и перечислять одну деталь за другой.

как происходит лазерная сварка

Зачем нужна сварка лазером?

Технология лазерной сварки пришла на смену традиционной сварке металлов, хотя точнее было бы сказать, что в настоящее время она находится «на подъеме». Хотя лазерная сварка проще, дешевле и часто точнее, она по-прежнему требует высокоточного и дорогостоящего оборудования. Существует целый слой экспертов по сварке на старом оборудовании, выполняющих качественную работу по старинке — электродами, и это не менее хорошо. Лазерная сварка продвинулась так далеко за столь короткое время, потому что в этой области существует конкуренция.

В результате лазерная сварка сегодня используется в промышленности для получения неразъемных соединений с высокой точностью и минимальной шириной/толщиной шва. Как следует из названия, материал расплавляется лазерным лучом, генерируемым специальным источником, и имеет свойство быть монохроматическим. Другими словами, все длины волн этого светового пучка имеют одинаковую длину. Фокусируя и отклоняя луч с помощью зеркал и призм, создается резонанс волн, что значительно увеличивает мощность луча. Затем этот луч нагревает и расплавляет верхние слои металла, создавая прочное структурное соединение на стыке элементов. Без расходных материалов. Конечно, лазерная сварка также является вопросом безопасности, но это примерно то же самое, что сравнивать лазерный фанерорез с циркулярной пилой. Оба инструмента могут выполнить работу, но одинаковы ли они с точки зрения производительности, безопасности и эффективности?

Технологические свойства лазерной сварки

Приведенное выше описание того, как работает лазерная сварка, является очень кратким, но если вы хотите получить лучшее представление о физических свойствах процесса, то их, по крайней мере, три. Первый — монохроматичность. Мы уже говорили об этом выше. Если говорить максимально просто, то монохроматическое излучение имеет минимальную частотную дисперсию и в идеальных условиях имеет только одну длину волны. Во-вторых, согласованность. Это немного сложнее, потому что в физике мы должны понимать, что это явление означает когерентность волновых процессов. Другими словами, колебания в различных областях лазерного луча происходят одинаково, когерентно и с одинаковой, постоянной разностью фаз. И, наконец, в-третьих, направленность. Это очень просто. Процесс лазерной сварки минимизирует рассеивание луча в направлении от источника к свариваемому объекту.

свойства лазерной сварки

Эти три свойства не только объясняют принцип лазерной сварки, но и делают в принципе возможным использование этой технологии в домашних условиях. На выходе и на сухом остатке мы имеем синхронизированный луч света, который действует по волновому принципу со специфической направленностью в определенной области, что обеспечивает высокоточное и равномерное плавление и последующее охлаждение материала в нужной зоне сварки.

Это интересно! Основное преимущество лазерной сварки заключается в том, что высокоплотное соединение создается на атомарном уровне, а обычные дефекты, такие как пористость, увеличенная толщина шва и т.д., полностью отсутствуют.

Сначала старый компьютерный диск и его привод полностью разбираются. Все операции выполняются осторожно, чтобы не повредить главный привод.

Технология лазерной сварки

Соединение деталей из нержавеющей стали легко осуществляется с помощью аргонной сварки или сварочных полуавтоматов. Однако эти методы оказываются неэффективными при выполнении швов в относительно тонком металле. Высокая температура аргонной сварки может просто расплавить или деформировать объект.

В этом случае наиболее эффективна лазерная сварка металла. Можно сформировать тонкий сварной шов, и дефекты, связанные с температурным воздействием, будут минимальными.

Как работает принцип и каковы преимущества лазерной технологии?

Суть процесса заключается в том, что тонкие края металла расплавляются с помощью лазера. Он образуется в результате испускания фотонов атомами. Это явление называется индуцированной эмиссией.

Возникающий световой поток позволяет краям материала сплавиться и соединить их вместе. Кроме того, вспышка может подаваться в зону сварки либо высокоэнергетическим импульсом, либо непрерывно низкоэнергетическим импульсом.

Луч фокусируется с помощью специальной оптики. Сварка может выполняться с присадочным металлом или без него.

В гибридных процессах сварки сварочная проволока может также генерировать дугу, которая расплавляет наконечник проволоки. Световой луч, в свою очередь, переносит расплавленный присадочный металл в сварной шов.

Обычно сварочная ванна защищена защитным газом. Для этой цели используется гелий или аргон. Но есть и некоторые особенности. Взаимодействие лазера с металлом приводит к его нагреву и испарению. Это позволяет экранировать и преломлять луч.

Гелий позволяет избежать такой ситуации. Газ нагнетается в сварной шов, что уменьшает испарение металла.

луч лазера

Технология лазерной сварки.

Эта технология широко используется в различных отраслях промышленности и производства. Он используется для соединения алюминиевых, титановых и медных изделий с помощью лазера. Сфокусированный луч позволяет плавить кромки толщиной от 0,1 мм до 10 мм.

Благодаря своей способности получать тонкие, чистые швы, в настоящее время он часто используется для ремонта ювелирных изделий и стеклянных рам. Для этого используются специальные настольные станки небольшого размера.

Точка воздействия луча на станок обозначена точкой, под которой мастер размещает соединяемые детали и активирует станок. В результате получается процесс точечной сварки.

В промышленности этот процесс используется для соединения различных коррозионно-стойких деталей машин и труб. Для вышеуказанной работы изготавливаются специальные крупногабаритные устройства, которые крепятся на кронштейнах.

Если необходимо создать шов в круглых изделиях, их поворачивают во время сварки с помощью специального оборудования.

Эта технология сварки имеет много преимуществ. Они отличают его от других методов сварки.

Наиболее важными преимуществами являются следующие:

  • возможность сваривать узкие и высокие, чего нельзя достичь с помощью полуавтоматов,
  • глубокое проникновение без наложения на другую сторону заготовки,
  • малая площадь взаимодействия света с деталью не допускает перегрева при сварке, что исключает возникновение дефектов, связанных с тепловым эффектом
  • высокая скорость работы и производительность,
  • возможность соединения тонких деталей,
  • безопасность,
  • удобство для пользователя.

Оборудование для проведения лазерной сварки

чертеж устройства

Схема лазерного сварочного аппарата.

Существует два типа лазерных сварочных аппаратов: Сварочные аппараты твердого тела и газовые сварочные аппараты. Чтобы сделать правильный выбор такой машины, необходимо знать характеристики каждой из них.

Как упоминалось ранее, лазерный сварочный аппарат может работать в импульсном или непрерывном режиме. Ручные твердотельные лазеры относятся к устройствам, работающим по второму принципу. В основе этих устройств лежит твердый стержень, самым распространенным из которых является розовый рубин.

Это интересно:  Какие отвертки самые лучшие. Какие отвертки самые лучшие

Ток подается на внешнюю цепь и лампу. Лампа генерирует высокочастотные короткие импульсы света. В результате описанных процессов внутри стержня формируется ионизированный лазерный луч. Под воздействием магнитного поля он высвобождается в нужном направлении.

Описанная здесь технология формирования лазерного луча не очень мощная. Поэтому он подходит для небольших заготовок и позволяет изготавливать высококачественные соединения. Этот метод широко используется в микроэлектронике.

Аппараты с элементами на основе газовой среды

Газовые лазерные сварочные аппараты более мощные по сравнению с их твердотельными аналогами. Такие устройства работают с источниками высокого напряжения. Поддерживаются оба типа работы источника: импульсный и постоянный.

Портативные лазерные установки этого типа характеризуются большей длиной волны и высокой рабочей мощностью. Наиболее распространенными являются динамические газовые устройства. В качестве активной среды используются газы с температурой до трех тысяч градусов.

Мощность газового оборудования позволяет сваривать листы толщиной до двадцати миллиметров. Следует отметить, что в этом случае также образуются чистые качественные швы, а изделия не деформируются из-за локализации теплового воздействия после сварки.

Принцип работы приборов аналогичен принципу работы твердотельных приборов, но вместо стержня лампа излучает газовую смесь под давлением в несколько атмосфер. Электроды вызывают электрический разряд в смеси через равные промежутки времени.

После многократного отражения от торцевых зеркал когерентный луч проходит через оптическую систему и облучает рабочую зону.

Детали из листового металла, сваренные лазером, такие как подрамники, подвеска и многие другие детали, уже много лет встречаются в каждом автомобиле, причем они имеют различную толщину и марки стали.

Технология лазерной сварки

Принцип действия лазерной сварки основан на следующих свойствах

  • Последовательность. Он основан на взаимосвязи между фазами теплового поля лазерного луча в различных областях,
  • монохроматичность. Это свойство характеризуется малыми амплитудами спектральных линий, испускаемых источником,
  • направленность. В процессе сварки луч не рассеивается при движении от источника к свариваемому объекту.

Эти особенности увеличивают мощность лазерного луча и обеспечивают точное и дозированное плавление и испарение металлов в зоне сварки. Источник может быть размещен на определенном расстоянии от свариваемой зоны, и в зоне лазерной сварочной ванны не требуется вакуум.

Фото: технология лазерной сварки

Как же работает лазерная сварка? При соединении изделий с помощью лазерного луча наблюдаются следующие процессы:

  1. Подготовленные к соединению элементы плотно привариваются друг к другу вдоль линии будущего соединения.
  2. Затем на область сустава направляется лазерный луч.
  3. Включается осциллятор. Во время этого процесса начинается равномерный нагрев, плавление и испарение частиц по краям.
  4. Благодаря малому размеру лазерного луча, расплавленный металл заполняет все микроаномалии и дефекты изделий, попадающие в зону действия лазерного луча.

Важно: Лазерная сварка имеет одно положительное свойство — в процессе сварки образуется шов высокой плотности. Однако пористость и другие дефекты, возникающие при других процессах сварки, в данной технологии отсутствуют.

Поскольку лазерный луч движется с высокой скоростью над соединяемыми поверхностями, в процессе сварки не происходит окисления металла. С помощью балки можно выполнять два типа сварных швов — непрерывный и прерывистый. Первый тип используется для сварки труб из нержавеющей стали, где требуется высокая герметичность. Второй тип используется при сварке небольших конструкций с дефектами поверхности.

Преимущества и недостатки

Преимущества лазерной сварки сделали эту технологию популярной и востребованной. Однако, как и у других методов сварки, здесь есть свои недостатки, которые необходимо учитывать заранее.

Фото: преимущества автоматизированной лазерной сварки

К преимуществам сварки относятся:

  1. Лазерная сварка может применяться для широкого спектра материалов — от металлов и магнитных сплавов до термопластов, стекла и керамики.
  2. Наблюдается высокая точность и стабильность траектории пятна нагрева.
  3. Сварочный шов имеет небольшой размер. Это делает его невидимым.
  4. Нагрев зоны термического воздействия отсутствует. Поэтому деформация свариваемых деталей минимальна.
  5. При нагревании не образуются продукты сгорания или рентгеновское излучение.
  6. Химическая чистота процесса сварки высока. Это связано с тем, что при сварке не используются присадки, флюсы или электроды.
  7. Подходит для сварки в труднодоступных местах, может использоваться на большом расстоянии от позиции лазера.
  8. Может использоваться для сварки элементов за прозрачными материалами.
  9. Быстрая настройка при переходе на новый продукт.
  10. Сварные швы отличаются высоким качеством и прочностью.

Несмотря на то, что лазерная сварка является популярным процессом, отлично подходящим для ремонта кузова автомобиля, обработки различных конструкций и металлических изделий, стоит рассмотреть преимущества и недостатки этой технологии. Поскольку мы разобрались с преимуществами, их у него достаточно много, но не стоит забывать и о недостатках.

Особое внимание следует обратить на следующие негативные особенности:

  • Лазерные сварочные аппараты имеют высокую цену. Кроме того, аксессуары и запасные части стоят довольно дорого. Кроме того, аксессуары и запасные части часто стоят дорого и требуют больших затрат. А некоторые умельцы прибегают к лазерной сварке своими руками, но это требует определенных знаний, а также необходимости наличия чертежей, планов, инструкций,
  • Лазерно-дуговая сварка имеет низкий КПД. Для твердых сплавов он составляет 1%, а для газообразных сплавов может достигать 10%,
  • Эффективность процесса сварки зависит от отражающей способности заготовки,
  • Высокие требования к квалификации обслуживающего персонала,
  • специальные требования в помещениях, где расположено лазерное оборудование. Это относится к вибрациям, влажности и пыли.

Условия и способы сварки лазером

При лазерной сварке нержавеющей стали, сплавов и материалов необходимо соблюдать определенные технические условия. Для достижения большей мощности луча требуется точная фокусировка луча. Когда интенсивность луча увеличивается выше максимального значения, луч попадает в рабочую зону через центральную область переднего зеркала и через систему направляющих призм.

Лазерная сварка нержавеющей стали и других металлов может выполняться на различных частях свариваемых изделий. Глубина проникновения металлической конструкции может регулироваться в широком диапазоне, от поверхности до сплошной поверхности. Рабочий процесс может осуществляться непрерывной струей или прерывистыми импульсами.

Обратите внимание! Лазерная импульсная сварка подходит для соединения и обработки тонких листов. Его также можно использовать для сварки сложных профилей и более толстых деталей без каких-либо проблем.

Важно знать, что лазерная сварка может использоваться различными способами для сварки алюминия, меди, нержавеющей стали и других металлов:

  1. Сварка сваркой. При сварке стали и других металлов можно сваривать, например, пайкой. Между металлическими изделиями может быть шов, но его размер не должен превышать 0,2 мм. Это же значение применяется в качестве ограничения для фокусировки лазерного луча на суставе. Процесс сварки осуществляется с помощью «ножа», который проникает в металлические поверхности по всей их толщине с интенсивностью лазерного луча до 1 мВт/см2. В этих случаях необходимо защитить шов от окисления, для чего подходят аргон или азот. Гелий, однако, может предотвратить распад лазерного излучения.
  2. Круглый метод. При сварке листы накладываются друг на друга и соединяются с помощью мощных излучателей. Во время сварки к изделиям прикладывается местное давление. Максимальное расстояние между поверхностями листов не должно превышать 0,2 мм.

Принцип работы приборов аналогичен принципу работы твердотельных приборов, но вместо стержня лампа излучает газовую смесь под давлением в несколько атмосфер. Электроды вызывают электрический разряд в смеси через равные промежутки времени.

Как работает лазерная сварка

Лазерный луч стабилизирует детали следующим образом:

  1. Соединяемые элементы прочно удерживаются на линии склеивания,
  2. Лазерный луч направляется на сустав,
  3. Генератор активирован. Устройство равномерно нагревается, а затем расплавляет металлические частицы по краям. При использовании этой технологии лишние элементы испаряются.

Лазерный луч имеет небольшое поперечное сечение, поэтому получаемый сплав исправляет неровности, компенсирует трещины и другие несовершенства в зоне обработки лазерного луча.

При лазерной сварке получается сварной шов высокой плотности. Для него не характерна пористость, как для других процессов сварки. Кроме того, благодаря высокой скорости перемещения лазерного луча по поверхности изделия, не происходит окисления металла.

В этом процессе используются два различных типа сварных швов:

  • Твердый Твердый Он необходим в работе, где требуется высокая степень герметичности.
  • Он необходим в высокотемпературных областях, где требуется высокая степень коррозионной стойкости. Подходит для сварки небольших конструкций с повреждениями поверхности.

Преимущества и недостатки

Лазерная сварка имеет множество преимуществ, поэтому она становится все более популярной. Давайте рассмотрим их подробнее:

  1. Лазерная сварка подходит для обработки многих материалов: различных магнитных и металлических сплавов и сплавов, стекла, термопластов, керамики.
  2. Он обладает высокой степенью точности. Траектория точки нагрева характеризуется стабильностью.
  3. Сварной шов настолько мал, что его не видно.
  4. Зона вокруг сварного шва не нагревается, поэтому деформация свариваемых элементов минимальна.
  5. При нагревании не испускается рентгеновское излучение и не образуются продукты сгорания.
  6. Процесс сварки отличается высокой химической чистотой, так как в процессе сварки не используются дополнительные электроды, флюсы или присадки.
  7. Это отличный выбор для сварки в труднодоступных местах. Его можно использовать на большом расстоянии от места воздействия лазера.
  8. Эта техника может использоваться для обработки материалов за прозрачными элементами.
  9. Может использоваться для сварки элементов за прозрачными материалами.
  10. Сварные швы, полученные в процессе сварки, отличаются высоким качеством и прочностью.
  11. При переходе на новый продукт можно быстро перенастроить систему.
Это интересно:  Все, что нужно знать о патине для металла. Как наносить патину на металл.

Преимущества использования лазерной сварки

Рисунок 3. Преимущества и недостатки лазерной сварки

Недостатки лазерной сварки должны быть рассмотрены до подготовки процесса лазерной сварки. Прежде всего, недостатки заключаются в следующем:

  • Высокая стоимость. Инструменты и принадлежности для лазерной сварки относительно дороги. По этой причине данный тип в основном встречается в промышленности и производстве. Вы можете попробовать собрать лазерный сварочный аппарат самостоятельно, но для этого нужны специальные навыки и знания, специальные инструкции и схемы с чертежами.
  • Персонал, обслуживающий оборудование для лазерной сварки, должен обладать высокой квалификацией.
  • Существуют также специальные требования к помещениям, в которых должно быть установлено оборудование для лазерной сварки. Необходимо учитывать все показатели, от пыли до вибрации и влажности.
  • Лазерно-дуговая сварка имеет низкий КПД. Обычно он составляет 10% для газовых сплавов и только 1% для твердых сплавов.
  • Кроме того, существует сильная зависимость от отражательной способности самой детали. Если он низкий, то и производительность будет низкой.

Условия и способы лазерной сварки

Лазерная сварка металлов имеет различные требования и условия эксплуатации.

Для сварки изделий из нержавеющей стали, металлов и подобных сплавов требуется более высокая мощность луча. При сварке важно обеспечить точную фокусировку луча. Луч направляется через направляющие линзы и центр переднего зеркала на рабочую поверхность, как только интенсивность луча достигает максимального значения.

Лазерная сварка по металлу

Рисунок 4. Лазерная сварка металлов

Сварка нержавеющей стали и других металлов также может отличаться по глубине проплавления в зависимости от твердости материала. Она может быть неглубокой, как и поверхность — эти значения корректируются при проникновении в металлические детали.

Сварка выполняется двумя способами:

  • Непрерывным светом,
  • прерывистые импульсы.

Лазерная импульсная сварка лучше всего подходит для сварки тонких листов, толстостенных деталей и сложных профилей.

Методы лазерной сварки могут отличаться из-за особенностей материала. Следующие подходят для нержавеющей стали, алюминия и меди:

  • Процесс сварки. Не требуется дополнительного присадочного металла или сварочного порошка. Размер шва между металлическими деталями составляет максимум 0,2 мм. Этого достаточно для правильной фокусировки лазерного луча на суставе. Металл проникает во всю его толщину «как кинжал». В процессе лазерной сварки заготовка дополнительно защищена от окисления металла азотом или газом. Интенсивность лазерного луча может достигать 1 мВт/см2.
  • Метод нанесения покрытия. Работа связана с нанесением покрытия на металлические листы. Сильное излучение создает идеальную связь с дополнительным сжатием элементов. Расстояние между ними составляет до 0,2 мм.

Важно. При лазерной сварке толстых металлических конструкций сварочная ванна защищается защитным газом, подаваемым через сопло, прикрепленное к лазерной головке.

Конструкция и виды применяемого оборудования

Конструкция устройства зависит от типа используемого излучателя.

Твердотельные аппараты

В конструкцию входят элементы из неодимового стекла, легированного рубином. Они активируются световым потоком, излучаемым мощными дуговыми лампами. Аппараты работают в режиме постоянного излучения. Они отличаются высокой частотой, низкой мощностью и эффективностью. Твердотельные аппараты используются для сварки небольших деталей.

Газовые сварочные устройства

Эти машины подходят для сварки толстой стали и других металлов. Излучение, производимое газами, характеризуется высокой мощностью. Машина сможет соединять детали толщиной до 2 см. Он имеет достаточно высокий КПД. Работа устройства осложняется введением хрупкой стеклянной трубки.

Газовые сварочные устройства

Гибридные установки

Эти устройства предназначены для соединения более толстых металлических деталей. Вместе с лазерной головкой в схему устройства входит дуговой резак. Также имеется подающее устройство, которое направляет расходный материал в сварочную ванну.

Ручные модели

Малые блоки функционируют по принципу стандартных блоков. Необходимость использования компактных компонентов при сборке делает устройства дорогими. Они используются для производства миниатюрных металлических конструкций и для сварки микросхем.

Ручные модели

Условия для работы лазером и техника безопасности

Для получения мощного луча необходима фокусировка. Это достигается путем серии последовательных отражений. Когда интенсивность превышает пороговое значение, световой поток попадает в центр переднего зеркала, откуда он направляется на направляющие призмы и выходит в рабочую зону. Лазерная сварка может использоваться в любых условиях: при различных положениях заготовки и глубине проплавления. Соединение выполняется точечной или непрерывной сваркой.

Процесс сварки имеет некоторые особенности, которые могут привести к травмам мастера при несоблюдении правил техники безопасности:

  1. На пути луча не должно быть посторонних предметов. Если рука сварщика попадает в рабочую зону, человек получает глубокий ожог.
  2. Перед сваркой необходимо проверить целостность и функциональность основных компонентов машины. В противном случае качество сварки будет снижено, а сварщик рискует получить травму.
  3. В рабочей зоне не должно быть легковоспламеняющихся предметов.

Техника безопасности

Общая технология

Процесс сварки не имеет существенных отличий от дугового процесса. Общий алгоритм включает следующие шаги:

  1. Предварительное шлифование и обработка поверхности обезжиривающей смесью.
  2. Края соединяемых деталей совпадают.
  3. Нагрев металла в направлении лазерного луча в начальной точке сварного шва.
  4. Формирование сварочной ванны.
  5. Перемещение сварочной головки вдоль линии стыка.
  6. Охлаждение и отделка шва (рабочая зона очищается от шлака и мусора).

Технология сварки

Динамические газовые лазеры имеют самые высокие значения мощности. Это устройства для защиты от угарного газа. Это соединение нагревают до 3000 К. Затем он проходит через сопло Лаваля, которое снижает давление и охлаждает газовый компонент.

Условия и методы проведения процесса

Высокая концентрация струи достигается за счет серии отражений от полусферических зеркал. При достижении критической точки луч проходит через центральную зону первого зеркала и попадает в рабочую зону непосредственно через призмы.

Лазерная резка и лазерная сварка металлов выполняется в разных точках заготовки. Глубина сварки может регулироваться в широком диапазоне, от поверхности до горизонтали. Обработка производится постоянным или прерывистым лучом. Эффективность лазерной техники невысока и требует высоких требований к работнику.

Процесс делится на несколько вариантов:

  • Состав. Он используется без добавок и порошка, но для обработки требуется защитная среда.
  • Покрытие. Соединяемые края располагаются друг над другом. Необходимо следить за тем, чтобы заготовки были надежно закреплены.

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

Аппараты

Машина поставляется в виде большой машины или в виде мобильной машины:

  • LAT-C — это машина для нанесения покрытия и сварки металлических изделий. Станок имеет высокие технические характеристики, он оснащен автоматическими координатными станками, что увеличивает скорость обработки сложных конструкций.
  • CLW120 — это лазерный сварочный аппарат с точностью, напоминающей драгоценный камень. Он используется для обработки черных и цветных сплавов, нержавеющей стали и титана. Машина работает от напряжения 220 В и подходит для домашнего использования с электричеством.

Инструментарий высшего класса Ивлеев А.В.: «Подавляющее большинство моделей лазерной сварки оснащены биноклями, которые защищают зрение пользователя от вредного воздействия светового луча и улучшают обзор заготовки.

С твердым активным элементом

Принцип работы заключается в следующем:

  • Источником луча является массивный стержнеобразный элемент, который находится в специальной камере.
  • Насосная лампа создает вспышки света, которые активируют рабочий элемент.

Схематическое изображение твердотельного лазера

Твердотельная часть изготовлена из рубина — материала, который зарекомендовал себя как высокотехничный, безопасный и чрезвычайно эффективный.

С элементами на основе газовой среды

Это высокомощные машины, которые работают в сочетании с газовым щитом. Активная среда представляет собой смесь азота, кислорода и гелия и подается под высоким давлением (более 10 кПа). Рабочие газы возбуждаются электрическим разрядом. КПД устройства составляет не более 15 %.

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

Классификация газовых лазеров

В зависимости от способа охлаждения агрегаты делятся на две основные группы: Конвективная (интенсивная) и диффузная (замедленная) откачка. Последний используется в однолучевых лазерах с низкой мощностью. В мощных устройствах имеет смысл использовать конвективную накачку.

Конвективные лазеры могут накачиваться как в поперечном, так и в продольном направлении, в зависимости от направления движения газа относительно электродов резонатора и зеркал газовой камеры. Смесь возбуждается высокочастотным разрядом или разрядом постоянного тока. Двухконтурная система охлаждения отвечает за охлаждение резонатора и оптических элементов, а рабочая смесь охлаждается водогазовым теплообменником.

Это интересно:  Как называются маленькие напильники. Как называются маленькие напильники.

Системы транспортировки и фокусировки луча

Эта система включает в себя радиационные экраны, зеркало и фокусирующий элемент. Зеркало предназначено для изменения траектории луча и перемещения луча в рабочей зоне. Маломощные твердотельные лазеры оснащены специальными призмами и преломляющими зеркалами, состоящими из многослойного диэлектрического покрытия. Газовые лазеры имеют медные зеркала, а самые мощные устройства используют зеркала с водяным охлаждением.

Фокусирующий элемент (трубка) перемещается относительно заготовки. На трубке установлен объектив. Твердотельные лазеры имеют оптические линзы из стекла, а в газовых лазерах используются призмы из селенида цинка или хлорида калия. Воздушная завеса защищает линзу от продуктов плавления.

Особенности работы с тонкостенными материалами

Средние и крупные детали свариваются сваркой плавлением по всей толщине. Для этого процесса используются источники высокой концентрации. Основной проблемой при сварке тонкостенных деталей является риск прожечь лист. Чтобы избежать такого результата, необходимо проверить следующие параметры.

  • Сила,
  • центр тяжести,
  • скорость движения энергетического луча.

Для соединения тонкостенных заготовок станок должен быть установлен на самый низкий уровень мощности. Непрерывно работающая машина должна иметь повышенную скорость перемещения точки контакта.

В импульсном режиме длительность импульса сокращается, а рабочий цикл увеличивается. Если плотность потока слишком высока, луч расфокусируется. Это снижает эффективность, а также возможность возгорания и распыления жидкого металла.

Таким образом, можно получить эстетически привлекательный, равномерный и гладкий сварной шов без искажений и перекосов. Сварка подходит для соединения нержавеющей стали, алюминия и даже серебра. Конечно, это не все особенности данного вида сварки, есть и другие особенности, которые заслуживают особого внимания.

Преимущества лазерной сварки

Большой интерес к лазерной сварке обусловлен особыми преимуществами, которые отличают ее от других сварочных процессов:

  • Лазерная сварка может выполняться в любой среде и при любых условиях и не требует вакуума.
  • При лазерной сварке зона воздействия тепла очень мала, и свойства основного материала сохраняются.
  • Лазерная сварка практически не вызывает деформации заготовки, поскольку зона термического воздействия минимальна.
  • Высокая точность и производительность процесса лазерной сварки достигается при сварке всех типов стали.
  • Лазерная сварка — один из немногих сварочных процессов, который можно использовать для соединения различных материалов.
  • При лазерной сварке достигается большая глубина проплавления при малой ширине шва.
  • Лазерная сварка не требует дополнительных расходных материалов (например, дополнительных электродов, флюса и т.д.) для различных свариваемых материалов; переход на другие материалы определяется только легко и гибко регулируемыми параметрами лазерного луча.
  • Лазерная сварка возможна на месте, без дополнительного зажима заготовок, что позволяет сваривать даже крупногабаритные детали.
  • Лазерная сварка также возможна в труднодоступных местах, поскольку лазерный луч может быть доставлен к месту сварки.
  • Лазерная сварка — это бесконтактный метод обработки, при котором процесс сварки происходит через кварцевое стекло вакуумной камеры.
  • Оборудование и эксплуатационные расходы лазерной сварки намного ниже, чем у ее ближайшего аналога — электронно-лучевой сварки.

Подготовка изделий к лазерной сварке

Как упоминалось ранее, лазерная сварка предъявляет повышенные требования к условиям сварки и подготовке заготовок. При импульсной сварке подготовка изделия и общие условия сварки регламентируются ГОСТ 28915-91 («Импульсная лазерная сварка»), а при непрерывной лазерной сварке условия определяются отраслевыми стандартами. Несоблюдение требований по подготовке изделия к сварке может не только привести к тому, что готовое изделие не будет обладать указанными свойствами, но и сделает его непригодным для использования, без возможности дальнейшего восстановления. Ниже приведены примеры нарушений и соответствующих последствий:

Большие зазоры между деталями (более 1/10 ширины шва или толщины свариваемых изделий при импульсной сварке).

Вместо общей сварочной ванны лазер расплавил оба края заготовок, и расплавленный металл потек к краям, еще больше увеличивая зазор между заготовками. Кроме того, как упоминалось ранее, импульсная сварка позволяет восстановить большую часть материала в сварочной ванне из предыдущей сварочной ванны. Если в какой-то момент импульс не сформировал сварочную ванну, то для следующего импульса также не хватит материала.

Иногда небольшие участки могут быть вручную восстановлены с помощью шпатлевки для создания искусственной стены. Однако это требует гораздо больше времени, чем обычная лазерная сварка. Лучшим решением было бы скорректировать процесс для более точной подготовки полости.

При импульсной сварке разнородные материалы с разными свойствами (включая коэффициент теплового расширения) могут вести себя по-разному в процессе охлаждения. Из пары соединяемых металлов один остывает и сжимается быстрее другого — и вы получаете непрерывную трещину по всей глубине сварного шва. После этого сварной шов становится хрупким и негерметичным.

По возможности, при проектировании изделия рекомендуется не выбирать различные материалы для сварных соединений. Иногда экономически выгоднее изготовить обе детали из более дорогого материала, но сэкономить на стоимости сварки. Следует отметить, что некоторые пары материалов не дают функционального соединения даже при использовании материалов-наполнителей. При планировании сварного соединения следует проконсультироваться со специалистами по лазерной сварке, а свариваемая пара материалов должна предварительно обладать соответствующими свойствами.

Высокий процент примесей

Такие материалы, как D16 (конструкционный алюминий), легки, прочны и легко поддаются обработке. Это достигается за счет высокого содержания легирующих элементов и добавок. Однако это является основным препятствием для достижения стабильного сварного шва при импульсной сварке. Во время быстрого затвердевания сварочной ванны после наплавки присадки в материале не дают достаточной усадки при охлаждении. Возникают сильные внутренние напряжения, которые приводят к образованию трещин.

Решением может стать лазер непрерывного действия, который медленнее охлаждает сварочную ванну и позволяет перераспределить напряжения в сварном шве. При импульсной сварке тонких стенок мы рекомендуем использовать более пластичные сплавы, например, AMC, которые можно сваривать присадочной проволокой из чистого алюминия. В некоторых случаях хорошим решением является использование алюминиевого сплава для одной детали и чистого алюминиевого сплава для другой детали (AD1, A0-A5), чтобы более мягкий материал мог выдержать нагрузку детали.

Сфера применения лазерной сварки

Точечная импульсная лазерная сварка в микроэлектронике

Импульсная сварка металла тонких проводников в микроэлектронике

Лазерная сварка стала очень популярной в приборостроении. Лазерная сварка часто используется для создания прочных и герметичных соединений между проводниками или для приваривания их к печатной плате, компонентам микросхем или токопроводящим деталям. Лазерная сварка разнородных материалов, таких как никель-бор, вольфрам-никель и других, демонстрирует высокую производительность и качество.

Процессы лазерной сварки проводников имеют явное преимущество, поскольку не требуют подготовки поверхности для сварки и снятия изоляционных слоев (полиуретана, тефлона и т.д.). При лазерной сварке изоляция может быть удалена непосредственно в месте воздействия в процессе сварки.

Лазерная сварка выводов обмотки якоря с коллектором

Сварка выводов обмотки якоря с коллектором при помощи лазера

Примером может служить лазерная сварка статора для соединения проводников обмотки якоря с коллектором электродвигателя. Для этого медные провода должны быть помещены в соединительные пазы коллектора. Использование технологии лазерной сварки для создания проводящего соединения между медными проводниками и коллектором осуществляется без удаления изоляционного слоя.

Фиксация зубчатых колес на оси с помощью лазерной сварки

Фиксация зубчатых колес на оси, лазерная сварка нержавеющей стали

В области измерительной техники часто важна не механическая прочность изделия под действием силы, а качество крепления изделий друг к другу, герметичность сварного шва и отсутствие деформации компонентов в процессе сварки. Из-за небольшого размера компонентов обычные методы соединения (резьбовые винты, штифты, заклепки, прессовая посадка) не подходят для этих компонентов. Другие методы сварки, при которых происходит сильный неравномерный нагрев, также не подходят для этой работы, так как теряется чистота самого сварного шва. Примеры сварочных работ: Сварка цилиндрических деталей на поверхности одной из деталей, круговая сварка на поверхности, точечная сварка деталей перед дальнейшей обработкой.

Изготовление датчиков давления с помощью лазерной сварки

Применение лазерной импульсной сварки для изготовление датчиков давления

Широко используется технология лазерной сварки для датчиков высокого давления. Внедрение лазерной сварки повысило надежность датчиков, диапазон рабочего давления и стабильность цикла. Лазерная импульсная сварка гарантирует высокое качество сварного соединения и обеспечивает технологическую воспроизводимость процесса сварки.

Ремонт очковых оправ

ремонт оправы очков при помощи лазера

Лазерная сварка широко используется не только в промышленности и массовом производстве, но и при точечной сварке бытовых изделий (рамы для стекла, кухонная утварь, ювелирные изделия). Лазерная сварка может использоваться для надежного соединения деталей из конструкционных сплавов, титана, нержавеющей стали, а также из пищевой промышленности (нержавеющая пищевая сталь). Для ремонта таких деталей обычно используется маломощное лазерное оборудование, а сварка выполняется вручную.

Оцените статью
Build Make