Лазерне зварювання металу: сталі, алюмінію, титану, технологія процесу і обладнання

Лазерне зварювання – зварювання плавленням, при якій енергетичним джерелом є лазер. Головною особливістю є висока концентрація енергії. Такий тип зварювання використовується для з’єднання однакових і різнорідних металів.

Лазерне випромінювання фокусується за допомогою напрямних дзеркал. Перетворений зменшений пучок енергії нагріває і плавить зварюються деталі.

Виділяють такі типи лазерного зварювання:

  • мікрозварювання – плавить деталі не товщі 100 мкм;
  • мінісварка – застосовується на глибині від 0,1 до 1 мм;
  • макросварка – працює з товщиною понад 1 мм.

закріплені стандарти

У 2019 діють наступні державні стандарти, що пред’являють вимоги до лазерної зварюванні:

  • ДСТУ ISO 15609-4-2017 – містить технічні вимоги до атестації процедур зварювання металевих матеріалів. Частина 4 даного документа присвячена лазерної зварюванні;
  • ГОСТ 28915-91 – описує основні типи лазерної імпульсної зварювання, конструктивні елементи і розміри.

Основні сфери застосування

Лазерне зварювання має широке застосування:

  1. Ремонт ювелірних виробів. Завдяки високій точності можливий ремонт ювелірних виробів із золота і срібла. Через те, що предмет нагрівається не повністю, а лише окремі його ділянки, вдається уникнути деформації м’яких металів. В результаті ремонту залишається чистий шов, що не забруднене частинками припою. Його можна легко згладити за допомогою шліфування.
  2. з’єднання алюмінію. Лазерне зварювання спрощує процес зварювання алюмінію, так як немає необхідності створювати вакуум. Необхідна тільки ретельна зачистка місця зварювання від оксидної плівки і залишків лакофарбових покриттів.
  3. Сварка стали. Використання лазера при зварюванні стали дозволяє отримати акуратний шов, високу міцність з’єднань і мінімізувати корозію зварюються ділянок.

Плюси і мінуси технології

Поширення лазерне зварювання отримала, завдяки таким позитивним якостям:

  • висока міцність з’єднання;
  • відсутність необхідності в додатковій механічній обробці;
  • швидкість виконання роботи;
  • мінімальна зона нагрівання;
  • можливість високоточної фігурного з’єднання.

Незважаючи на всі позитивні сторони, лазерне зварювання є вузько в силу наступних причин:

  • висока вартість обладнання;
  • складність в підборі фахівців;
  • наявність вібрації при роботі апаратом;
  • невисокий ККД обладнання.

Особливості технологічного процесу

Лазерне зварювання діє за наступним принципом: лазерне випромінювання проходить через фокусуючу систему, сконцентрований пучок енергії спрямовується на деталі, що зварюються, де частково відбивається. Значна частина енергії проникає вглиб матеріалу, тим самим нагріває і розплавляє його. Такий метод зварювання дозволяє проводити роботу в будь-якому положенні і під будь-яким кутом.

Лазерний промінь необхідно коригувати залежно від товщини матеріалу. Чим товще матеріал, тим більшу фокусування потрібно використовувати.

Обладнання, що використовується при зварюванні лазером

Комплект обладнання для лазерного зварювання включає в себе: лазер, газовий захист, системи фокусування і переміщення променя. Так як існують різні типи установок, то для кожної з них є свої особливі елементи.

У газових лазерах активним елементом є суміш газів. Гранична потужність такого виду установок може досягати 20 кВт. Це дозволяє працювати з матеріалами товщиною до 2 см. Одними з найпотужніших є газодинамічні лазери. Швидкість роботи при їх використанні досягає 60 м / ч.

Потужність твердотільних лазерних установок – 1-6 кВт. Активними компонентами в них є рубін або скло з присадкою іонів. За допомогою таких установок з’єднуються найменші і тонкі деталі.

Типи установок для лазерного зварювання металу:

  1. Твердотільні лазерні установки містять в собі стрижень з активного елемента рубіна з нанесеним на його кінцях сріблом. При нагріванні стрижня знаходяться в ньому іони хрому починають свій рух. Проходячи через прозорі і напівпрозорі дзеркала, вони рухаються по спіралі навколо рубінового стрижня. Вивільняється енергія проходить через напівпрозоре скло і за допомогою лінзи збирається в одній точці зварювального апарату. Головна особливість – працює виключно в безперервному режимі.
  2. Газові лазерні установки стандартно представлені у вигляді герметичної круглої трубки з газоподібної функціональної середовищем і встановленим оптичним резонатором. Для активації лазерного променя застосовуються такі гази: вуглекислий газ, азот і гелій.

Газові лазери ефективніше твердотільних, так як мають велику потужність і підвищений ККД. Великим плюсом є те, що вони можуть застосовуватися і в імпульсному, і безперервному режимі.

Лазерні установки можуть проводити зварювання двома способами:

  • імпульсним – проводиться накопичення значного обсягу енергії, а потім в короткий час обробляється місце зварювання;
  • безперервним – застосовується в процесі створення суцільних швів незалежно від глибини зварювання.

Орієнтовна вартість апаратів лазерного зварювання на Яндекс.Маркет

Особливості лазерного зварювання різних металів

При зварюванні стали попередньо необхідно провести механічну очистку деталей. Потрібно позбутися від корозії і окалини для запобігання появи оксидних сполук. Зачистку можна проводити за допомогою звичайних нержавіючих щіток, захоплюючи 10-15 см від майбутнього місця зварювання. Місце зварювання сталевих деталей необхідно знежирити.

алюміній

При зварюванні алюмінію виникає можливість окислення поверхні і випаровування летючих елементів. Метал необхідно механічно обробити, зробити травлення і перед зварюванням зачистити шабером.

Титан

Щоб уникнути труднощів при зварюванні титану потрібно здійснити зачистку, при цьому можна застосувати піскоструминну обробку. Пізніше хімічно зацькувати, промити і обробити гелієм.

Специфіка ручної лазерного зварювання

Вже не існує перешкод для покупки лазерного верстата для роботи в домашніх умовах. З його допомогою можна вирішити деякі господарські проблеми:

  • підправити ювелірні вироби;
  • провести точкову спайку;
  • відремонтувати оправу окулярів;
  • ущільнити поверхню матеріалів.

Необхідно пам’ятати про техніку безпеки при роботі вручну: щоб уникнути попадання лазерного променя в очі і на шкіру необхідно, щоб апарат був оснащений кришками безпеки.

При ручній роботі досягається висока швидкість зварювання, а зварювальний шов більш високої якості.

Ссылка на основную публикацию