Все что нужно знать о лазерной сварке от А до Я

Если Вы хотите узнать все о лазерной сварке металла, то вы пришли по адресу. В нашей статье Вы найдете подробное описание процесса, используемое оборудование, его разновидности и параметры.

Сущность и основные преимущества сварки лазерным лучом

Весь процесс построен на применении инновационной технологии фокусирования луча. Лазерный луч под воздействием системы линз и зеркал фокусируется в точку крайне малого диаметра, тем самым формируя в этой точке максимум передаваемой энергии.

Попадая на свариваемые детали, луч мгновенно разогревает место падения до температуры плавления металла данного типа, и тем самым соединяет детали между собой.

Данный метод применим абсолютно к любым материалам, в том числе цветным и черным металлам, поливинилхлориду, полипропилену и т.д. Среди основных достоинств выделяют хороший КПД и производительность, точность, эстетику получающихся швов, часто не требующих дополнительной обработки, и возможность работы с поверхностями, находящимися в местах со сложным доступом.

Классификация лазерной сварки

Все сварочные швы, изготовленные с использованием лазера, выполняются по одному из трех основных способов.

Способ точечного схватывания

Применяется в основном для тонкостенных материалов и легкоплавких металлов. Суть способа в том, что сварочный аппарат формирует не непрерывный сварочный шов, а прихватывает детали точками на определенном расстоянии. Такой способ хорош, когда требуется надежное соединение, но при этом существует опасность прожога тонкого металла.

Способ сплошной сварки

При сварке данным способом лазер может работать как импульсным, так и непрерывным излучением. Главный принцип данного способа – это полное перекрытие места стыка деталей сварным швом. Сварной шов, изготовленный таким способом, отличается высокой прочностью и эстетическим видом. Может применяться как для полного, так и для поверхностного схватывания деталей сварных конструкций.

Комбинированный способ сварки

При данном способе сварочные аппараты дополнительно оборудуются системой подачи и продвижения сварочной проволоки. Сварка производится материалом присадочной проволоки (иногда еще и в газовом облаке). Диаметр и состав проволоки выбирается исходя из состава материала, который необходимо сварить, а также требований к сварному шву. Способ хорошо зарекомендовал себя в работе с изделиями, имеющими проблемные геометрические формы и при работе в местах со сложным доступом.

Полезная статья – Классификация сварных конструкций

Аппараты лазерной сварки металлов

Промышленностью и частными компаниями выпускаются аппараты с различными принципами рождения луча. Лазерная сварка двух металлических изделий возможна при применении любого из них, но у каждого есть различия в условиях эксплуатации.

Лазеры с твердым активным элементом

Конструктивно выполнены в виде небольших устройств с основным элементом, состоящим из рубинового кристалла и возбуждающего устройства. Аппараты просты в изготовлении и обслуживании, как правило не требуют серьезного обучения для уверенной работы.

Низкая стоимость и способность справиться с большинством повседневных задач делают такие аппараты довольно востребованными и пользующимися популярностью на рынке.

Аппараты с элементами на основе газовой среды

Устройства, рассчитанные на работу с крупными деталями и материалами большой толщины. Из-за высокой стоимости и сложностей с монтажом всех систем охлаждения, подачи газа и компенсации порового облака, практически не встречаются в частном владении.

Оправдывают свое приобретение и обслуживание только в случае выполнения крупных заказов на постоянной основе, в противном случае лучше обратить внимание на аппараты, принцип работы которых основан на твердотельном кристалле.

Ручная сварка

Современный уровень приборостроения позволил вывести на рынок аппарат ручной лазерной сварки весьма компактных размеров. Аппарат имеет очень малую мощность, но тем не менее его стоимость сравнима с полноценным стационарным вариантом. Объясняется это тем, что при изготовлении ручного сварочного аппарата использовались субкомпактные элементы и двухсторонний монтаж высокой плотности.

С помощью ручных устройств можно проводить даже такие тонкие работы как пайка электронных компонентов и полупроводниковых приборов.

Лазерно-дуговая сварка

Принцип работы основан на применении положительных качеств сразу двух самостоятельно существующих аппаратов.  Готовое изделие совмещает в себе элементы ручной дуговой сварки и лазерного генератора.

Сварка осуществляется за счет поджигания электрической дуги традиционным способом и расплавлении внешней поверхности металла. На последующих этапах процесса, к работе подключается лазерная установка, которая направляет лазерный луч в уже полученную ванну расплавленного металла.

Попадая на хорошо прогретый металл, лазер способствует его скорейшему расплавлению именно в тех местах, где это наиболее необходимо. Тем самым ускоряется процесс работы и предотвращается перегрев детали вблизи сварного шва.

Технологические особенности процесса лазерной сварки

К основным технологическим особенностям лазерной сварки относится соблюдение ряда правил:

• тщательная очистка металла перед сваркой;
• плотное прижатие деталей между собой;
• плавное и равномерное ведение луча вдоль оси предполагаемого шва;
• обработка сваренных деталей (при необходимости).

Лазерная сварка стекла и пластмассы

Как и в случае с тонкими изделиями, спаивание изделий из легкоплавких материалов производится преимущественно маломощными устройствами. За исключением того, что поверхности свариваемых деталей перед работой тщательно обезжириваются, суть применения специального оборудования для пайки всех видов пластика и стекла ничем не отличается от аналогичного процесса с металлическими изделиями.

А вы знаете что такое ппр на сварочные работы? Подробнее в статье по ссылке.

Особенности сварки тонкостенных изделий

Основное достоинство показываемое лучевой сваркой, это ее универсальность. Для любого материала всегда можно подобрать необходимую концентрацию энергии светового потока. Тонкие материалы лучше и безопаснее всего свариваются твердотельными лазерами на минимальной мощности.

При выборе мощности, дополнительно можно поэкспериментировать с длительностью импульсов сварки или расфокусировкой лазерного луча. Расфокусировка даст уменьшение мощности на единицу площади, но будет способствовать паразитному нагреву детали вблизи места сварки.

Лазерная сварка деталей разной толщины

Лазерная сварка металлов разной по отношению друг к другу толщины проводится одним из двух методов.

1. Соединяемые детали плотно прижимаются и с детали имеющей большую толщину снимается небольшая фаска. Таким образом достигается примерное выравнивание толщин материалов в месте сварки.
2. Две детали также плотно прикладываются одна к другой, но механического воздействия на них не осуществляется. Для компенсации разной толщины деталей и как следствие разного времени прогрева, лазерный луч направляют в большей степени на толстое изделие чем достигают равномерность прогрева обеих деталей.

Качество защита шва и дефекты при лазерной сварке

Лазерная сварка сама по себе считается высокоточным процессом, но дефекты и недостатки в работе случаются даже при ее использовании. Вот основные из них:

• прожог металла – случается, когда неверно выставлена мощность, частота импульсов или скорость лазера;
• лишние добавки – как правила являются следствием плохой очистки поверхности материалов перед сваркой;
• плохой провар шва. Так же проявляется при недостаточной мощности лазера, реже как результат мало-опытности самого сварщика.

Как показывает практика, 90% дефектов можно избежать просто качественно, проводя подготовительные мероприятия и настройку оборудования.

Преимущества и недостатки лазерной сварки

Лазерная сварка, как и любой другой сложный физико-химический процесс имеет свои достоинства и недостатки. Разберем основные из них.

К преимуществам относится:

• способность соединять материалы разного состава, в том числе и между собой;
• точность проведения работ и ровность шва;
• температурное воздействие только на область провара;
• возможность работы в труднодоступных местах и даже сквозь свето-прозрачные перегородки.

Недостатки у лазерной сварки тоже имеются:

• высокая цена на сами устройства и их обслуживание;
• малая продуктивность (в случае использования аппаратов малой мощности);
• необходимость работы только в пределах специально оборудованных рабочих мест.

Читайте также – Виды контроля сварных соединений

Техника безопасности

Техника безопасности при работе с лазерной сваркой проста, но требует обязательного исполнения.

1. Рабочее место должно быть очищено от посторонних предметов и мусора.
2. Само рабочее место должно хорошо проветриваться или быть оборудованным принудительной системой вентиляции.
3. Поблизости от рабочего места не должны находиться легковоспламеняющиеся вещества.
4. Работа должна проводиться в защитных очках.
5. Так как велика опасность получения ожогов, на руки лучше надеть защитные перчатки.

Как сделать аппарат для лазерной сварки своими руками

Простейшее устройство для лазерной сварки способен изготовить в домашних условиях имея под рукой набор копеечных деталей даже неподготовленный человек. Для создания понадобится:

• паяльник;
• припой и флюс;
• детская лазерная указка;
• пишущий DVD привод (можно даже неисправный);
• небольшой отрезок соединительных проводов.

Работа по созданию сварочного аппарата начинается с разборки DVD привода и извлечении из него мощного светодиода, который и используется в штатном режиме для прожига дисков.

Полученный диод устанавливается в лазерную указку вместо имеющегося там простого светодиода. Соединительные проводки припаиваются к диоду и выводятся через кнопку указки на элементы питания. Простейший сварочный аппарат готов.

При желании такой аппарат можно усовершенствовать, подключив к нему Ардуино, сервопривод и шаговые двигатели.

Что такое лазер

Лазер представляет собой особый вид передачи энергии, основанный на принудительном генерировании световых волн определенной длины. Физически, чаще всего представляет собой полый цилиндр с размещенным внутри кристаллом рубина (или его аналога) и устройством по принципу работы схожем с катушкой индуктивности.

Лазерная сварка получается, когда под воздействием приложенного к обмотке катушки индуктивности электрического тока, атомная решетка помещенного в цилиндр кристалла начинает испускать волны равной длины и лавинообразно принуждать к этому все больше и больше атомов рубина.

После достижения пика интенсивности получившийся лазерный луч фокусируется в точку нужного диаметра (и как следствие мощности) и передается на нужный материал.

Принцип лазерного излучения

Сварка лазером не была бы возможна как процесс без формирования определенных принципов:

• принцип одно-направленности – лазерный луч параллелен на всем своем протяжении. Естественное рассеивание конечно присутствует, но его значение настолько мало, что при проведении сварочных работ в расчет не берется;
• принцип малой спектральности – рубиновый кристалл излучает волны настолько малой ширины спектра, что становится возможным их концентрация и фокусировка;
• принцип когерентности – в разных участках луча тепловое поле лазера будет отличаться. Этот принцип очень помогает при расчетах теплового воздействия на свариваемый металл в зависимости от его плотности и толщины стенок.

Читайте также – УЗК это…

Виды лазеров

Несмотря на схожий результат, добиться получения лазерного излучения можно разными способами. В настоящее время получили распространение лазеры на основе твердотельного оборудования и так называемые «газовые» лазеры.

Вид применяемого для сварки оборудования выбирается исходя из анализа металла – (толщина, вид, твердость и т.д.), характера формирования необходимого шва (сплошной шов, шов с точечной лазерной сваркой) и массогабаритных параметров самого оборудования.

В принципе добиться необходимого результата можно любым из них, но каждый имеет собственный набор характеристик, достоинств и недостатков набор которых зачатую играет решающую роль.

Твердотельные лазеры

Твердотельные лазеры имеют массу достоинств в том числе и перед лазерами других типов. Они более компактные и как следствие могут быть без проблем доставлены и размещены практически в любое помещение.

Стоимость твердотельных лазеров невысока и его может позволить себе даже небольшая мастерская или простой гаражный цех. Лазеры данного типа потребляют мало энергии и не требуют сложной системы подачи и стабилизации напряжения питания.

Мощность таких установок невелика – максимальное значение в пределах 5-6 кВт. Чаще всего ориентированы на сварку металлов с малым и сверхмалым сечением, цветных металлов а также различных других легкоплавких материалов (оргстекло и прочие).

Газовые лазеры для сварки

Газовые лазеры намного мощнее ранее рассмотренных, их мощностные показатели начинаются от 15-20 кВт. Такая мощность позволяет продуктивно работать с материалами большого сечения и высокой твердости. Но большая мощность влечет за собой и основной недостаток – габариты.

Для полноценной работы газового лазера необходим мощный источник питания, газовый баллон, насос для прокачки казовой смеси, газоразрядная трубка, жидкостная система охлаждения сложной конфигурации и масса других нюансов.

Газовые установки применяются преимущественно в производственных цехах и там, где необходима высокая скорость сварки без оглядки на габариты и потребляемую мощность.

Работа с газовыми лазерами как правило проводится в атмосферных условиях, но с использованием одной особенности – при попадании лазера на металл он плавится, и в точке плавления образуется облако выделяемых при кипении металл паров.

При достаточно интенсивной работе такое облако может вносить искажение в подводимый луч и мешать процессу сварки. Чтобы этого не происходило, дополнительно применяется газ создающий защитное облако. В качестве такого газа как правило выбирают аргон.

Особенности газодинамических лазеров

Газодинамические лазеры обладают являются лидерами в мощностных показателях среди всех типов лазерных установок. Принцип работы таких лазеров основан на разогреве до высоких температур активного вещества – окиси углерода. Применяется исключительно в тяжелой промышленности для работы с массивными деталями из черных металлов.

Основным недостатком являются массогабаритные показатели оборудования и сложность самого процесса сварки.

Использование гибридных установок

Гибридная лазерная сварка характеризуется введением в зону плавления металла двух деталей, третьего материала, в частности, сварочной проволоки. Проволока расплавляясь заполняет собственной массой зазоры и промежутки между свариваемыми деталями.

Применение дополнительных присадок упрощает процесс соединения деталей и частично повышает прочность сварного шва.

Задать свои вопросы Вы можете в комментариях под статьей и мы поможем Вам найти на них ответы.