Поиск
Закройте это окно поиска.

Что такое лазерная сварка?

Что такое лазерная сварка

Что такое лазерная сварка?

Лазерная сварка — это процесс, в котором используется высокоточный лазерный луч для соединения металлов или термопластов для образования сварного шва. Как такой концентрированный источник тепла, лазерная сварка может сваривать тонкие материалы на высоких скоростях. Однако в более толстых материалах можно выполнять узкие и глубокие сварные швы между деталями с прямоугольными кромками.
Оглавление
Лазерный сварочный аппарат

Что такое лазерная сварка?

Лазерная сварка или лазерно-лучевая сварка (LBW) — это процесс, в котором используется концентрированный источник тепла в виде лазера для плавления материалов, которые плавятся при охлаждении. Лазерная сварка — универсальный процесс, поскольку с ее помощью можно быстро сваривать тонкие материалы, образуя при этом узкие и глубокие сварные швы на более толстых материалах.
Лазерная сварка использует высокоточный лазерный луч для плавления металлов и термопластов, поэтому точность процесса приводит к низким тепловым искажениям, что делает его идеальным для сварки чувствительных материалов. Этот процесс обычно автоматизирован, что обеспечивает высокую скорость пайки.
Хотя лазерные сварочные аппараты стоят дороже, чем традиционные сварочные процессы, эксплуатационные расходы ниже, поскольку лазерная сварка не обязательно требует дополнительного присадочного материала и последующей обработки. Кроме того, более высокие скорости сварки позволяют производить больше деталей в час. Технология лазерной сварки существенно отличается от традиционных процессов дуговой сварки, таких как TIG, MIG и SMAW. Современные приложения для сварки используют программируемых роботов с усовершенствованной оптикой для точного определения области в заготовке.
Лазерный сварочный аппарат

Виды лазерной сварки

Лазерная сварка работает в двух разных режимах: сварка теплопроводностью и сварка глубоких отверстий. Все они имеют уникальные принципы работы, подходящие для конкретных применений, а режим, в котором лазерный луч взаимодействует со свариваемым материалом, будет зависеть от плотности мощности, при которой луч попадает на заготовку.

Теплопроводная сварка

В этом методе сфокусированный лазерный луч используется для расплавления поверхности подложки. Этот процесс обычно выполняется с помощью маломощного лазера мощностью менее 500 Вт и в основном используется для получения сварных швов, не требующих высокой прочности сварки. Когда соединение остывает и затвердевает, получается точный и гладкий шов. Сварные швы, созданные методами теплопередачи, как правило, не требуют дополнительной обработки и готовы к использованию.
В методах теплопроводной сварки энергия поступает в зону сварки только за счет теплопроводности, что ограничивает глубину сварки, поэтому этот процесс идеально подходит для соединения тонких материалов. Этот тип сварки часто используется для видимых сварных швов, где желательна эстетика.
Существует две подкатегории теплопроводной сварки:
  • Прямой нагрев — возможность направлять лазерный луч непосредственно на металлическую поверхность.
  • Передача энергии – на шов наносятся абсорбирующие чернила, которые поглощают энергию лазерного луча.

Сварка глубоких отверстий

При выполнении процесса в режиме сварки глубоких отверстий получаются глубокие узкие сварные швы с однородной структурой. Во время этого процесса лазерный луч нагревает металл таким образом, что испаряется с поверхности контакта и проникает вглубь металла. Это не только плавит металл, но и испаряет его, создавая узкую, заполненную паром полость, называемую полостью замочной скважины или паровым капилляром. Когда лазерный луч проходит через заготовку, она заполняется расплавленным металлом. Замочная сварка — высокоскоростной процесс, поэтому деформация и образование околошовной зоны сведены к минимуму.
Лазерный сварочный аппарат

Процесс лазерной сварки

Лазерная сварка работает с использованием лазера высокой плотности для нанесения тепла на стык между двумя металлическими поверхностями. Материал расплавится по швам и позволит сплавить металлы по мере затвердевания.
Лазерная сварка обычно выполняется сварочными роботами, которые могут подавать большое количество энергии на высокой скорости и с высокой точностью, управляемые гибкими оптическими волокнами. Это приводит к расплавлению достаточного количества металла в соединении для получения узкого сварного шва с минимальной деформацией. Ручные лазерные сварочные аппараты являются отличной альтернативой громоздким промышленным аппаратам, но безопасность лазерных сварщиков может быть поставлена под сомнение и требует ношения специального защитного снаряжения.
Процесс сварки можно проводить в атмосферных условиях, но для более реакционноспособных материалов рекомендуется защита от инертного газа, чтобы исключить риск загрязнения. Подобно электронно-лучевой сварке, лазерная сварка может выполняться в вакууме, но считается экономически невыгодной. Поэтому лазерные сварочные аппараты оснащены газовыми соплами, которые подают инертный газ в зону сварки.
Многие применения лазерной сварки не требуют дополнительного присадочного материала. Однако для некоторых сложных материалов и применений требуются присадочные материалы для получения удовлетворительных сварных швов. Добавление присадочного материала улучшает профиль сварного шва, уменьшает растрескивание при затвердевании, придает сварному шву лучшие механические свойства и обеспечивает более точную посадку шва. Присадочный материал может быть в виде порошка или присадочной проволоки. Однако, поскольку для большинства материалов порошок обычно дороже, чаще используют проволоку. Четырьмя наиболее распространенными типами соединений, используемых при лазерной сварке, являются стыковые сварные швы, сварные швы кромочных фланцев, присадочные сварные швы внахлестку и сварные швы внахлест.
Лазерная сварка может выполняться на различных металлических материалах, включая мягкую сталь, нержавеющую сталь, алюминий, титан и другие. Лазерная сварка высокоуглеродистой стали обычно не рекомендуется из-за быстрой скорости охлаждения и склонности к растрескиванию.
Лазерный сварочный аппарат

Тип лазера

Лазерные сварочные аппараты для сварочных процессов в основном делятся на 3 типа: газовый лазер (CO2), твердотельный лазер и волоконный лазер.

Газовый лазер (CO2)

Источник СО2-лазера представляет собой смешанный газ, в котором основным компонентом является СО2, а также азот и гелий. Эти лазеры могут работать в непрерывном или импульсном режиме при малых токах и высоких напряжениях для возбуждения молекул газа. Лазеры CO2 также используются в особых случаях, таких как двухлучевая лазерная сварка, когда два луча генерируются и располагаются последовательно или рядом.

Твердотельный лазер

В твердотельных лазерах используется твердотельная технология с диодной накачкой (DPSS) для прокачки таких минералов, как рубин, стекло или иттрий, алюминий и гранат (YAG) или кристаллы ванадата иттрия (YVO4), через лазерные диоды для получения лазерного излучения. Эти лазеры работают в режиме непрерывной волны или импульсного луча. Импульсный режим обеспечивает соединение, подобное точечной сварке, но с полным проплавлением. По сравнению с современными волоконными лазерами этот тип лазера имеет много недостатков, но мы не можем отрицать, что твердотельные лазеры по-прежнему обладают превосходной стабильностью и качеством луча, а также высокой эффективностью.
Лазеры на основе полупроводников также находятся в твердом состоянии, но обычно считаются другим классом, чем твердотельные лазеры. Эти лазеры хороши только для более дешевых небольших проектов. Однако их иногда используют при сварке в труднодоступных местах, поскольку оборудование более компактно. Качество луча намного хуже, чем у других типов лазеров, поэтому он не распространен в промышленных условиях.

Волоконный лазер

Волоконные лазеры — это новый класс твердотельных лазеров, которые предлагают более высокую мощность лазера, лучшее качество и более безопасную работу. В волоконном лазере лазерный луч создается, когда волокно поглощает необработанный свет от лазерного диода накачки. Для достижения этого перехода волокно легируют редкоземельными элементами. Используя различные легирующие элементы, можно генерировать лазерные лучи с широким диапазоном длин волн, что делает волоконные лазеры идеальными для различных применений, включая лазерную сварку и лазерную резку. Однако стоит отметить, что стандартные лазерные режущие головки не могут использоваться для сварки, а лазерные сварочные головки не могут соответствовать требованиям к скорости и качеству резки для большинства промышленных применений.
Лазерный сварочный аппарат

Каковы правила техники безопасности при использовании лазерной сварки?

Хотя ручной лазерный сварочный аппарат прост в использовании и имеет встроенные функции безопасности, важно помнить, что это мощное промышленное оборудование. При работе на лазерном сварочном аппарате помните, что лазерный луч может быть опасен для тела и глаз. Лучи лазерной сварки — это невидимый свет, поэтому вы не можете полагаться на визуальные подсказки для обеспечения безопасности.
Хотя аппараты для лазерной сварки относятся к классу лазеров IV и в систему интегрированы функции безопасности, при разработке программы лазерной безопасности также необходимо выполнять традиционные требования безопасности при сварке. Вот несколько общих правил, которым нужно следовать:
  • Носите негорючую одежду, одежду с длинными рукавами или сварочный костюм. Любой человек, находящийся в контролируемой лазером зоне, должен использовать средства индивидуальной защиты, в том числе защитные очки, соответствующие типу лазера, и обычный сварочный шлем.
  • Пожалуйста, соблюдайте меры безопасности при эксплуатации, принимая во внимание, что лазерный луч может отражаться.
  • Никогда не работайте на ручном лазерном сварочном аппарате, пока вы полностью не ознакомитесь с требованиями безопасности и процедурами, задокументированными в руководстве по эксплуатации оборудования, предоставленном производителем.
Автоматическая подача проволоки

Преимущества лазерной сварки

  • Превосходное качество сварки благодаря низкому подводу тепла и точному контролю мощности лазера.
  • Высокая скорость сварки и низкая себестоимость.
  • При большей глубине сварки получаются высокопрочные сварные швы.
  • Позволяет сваривать комбинации материалов, которые невозможно соединить другими методами.
  • Простое сварочное оборудование позволяет выполнять сварку в особых условиях.
Лазерный сварочный аппарат Автоматический механизм подачи проволоки

Недостатки лазерной сварки

  • Первоначальные инвестиции высоки.
  • Жесткие допуски требуют идеальной посадки заготовки и лазерной центровки.
  • Материалы с высокой отражательной способностью и проводимостью (алюминий и медь) могут давать сложные результаты сварки (в случае CO2-лазеров).
  • Быстрое затвердевание может привести к пористости и хрупкости.
  • Лазерная оптика очень хрупкая и может быть легко повреждена.
Образец лазерной сварки

Лазерная гибридная сварка

Лазерная гибридная сварка сочетает в себе методы сварки электрической дугой и лазерным лучом. Два метода сварки воздействуют на одну и ту же зону сварки одновременно, поэтому эффект сварки имеет преимущества дуговой и лазерной сварки, создавая уникальный процесс сварки. Хотя лазерную сварку можно использовать в сочетании практически с любым процессом дуговой сварки, есть несколько процессов, которые выделяются и используются чаще.
Существует три основных типа лазерной гибридной сварки:
  • Аддитивная сварка MIG (часто синоним лазерной гибридной сварки)
  • Аддитивная сварка TIG
  • Плазменная дуговая сварка
Гибридный сварочный процесс обеспечивает глубокое проникновение лазерной сварки и профиль сварного шва, сравнимый с процессами дуговой сварки. Использование защитного газа и других расходных материалов для дуговой сварки позволяет лучше контролировать характеристики сварки, чем сама лазерная сварка. Лазерная гибридная сварка, несомненно, является новым процессом, который в будущем будет все больше и больше использоваться в судостроении, железнодорожной и автомобильной промышленности, а также при сварке крупных трубопроводов.

Часто задаваемые вопросы

Нужен ли газ для лазерной сварки?
Лазеры могут работать с газом или без него, в зависимости от области применения и свариваемого материала. В некоторых случаях для создания защитной атмосферы вокруг зоны сварки можно использовать защитный газ, такой как аргон, гелий или азот. Это особенно важно при сварке чувствительных к окислению материалов, таких как титан или алюминий. Тип используемого газа зависит от свариваемого материала, процесса сварки и используемого оборудования.
В некоторых случаях для достижения определенного сварочного эффекта можно использовать газовую смесь. Например, для сварки нержавеющей стали можно использовать смесь гелия и аргона, а для сварки алюминия часто используют азот. Использование газа является важным аспектом лазерной сварки и способствует повышению качества и надежности сварного шва.
Да, лазерная сварка — надежный и надежный метод сварки. В лазерной сварке используется узконаправленный лазерный луч, который плавит и сплавляет металлические поверхности, образуя прочное и высококачественное соединение. Тепло, генерируемое мощным лазерным лучом, имеет высокую концентрацию, что приводит к минимальной деформации и очень узкой зоне термического воздействия.
Прочность лазерной сварки зависит от множества факторов, в том числе от типа свариваемого металла и конкретного используемого процесса сварки. Надлежащая подготовка и параметры сварки, такие как мощность лазера, скорость и длительность импульса, должны тщательно контролироваться, чтобы обеспечить прочный и надежный сварной шов. В общем, лазерная сварка особенно эффективна для сварки тонких материалов, поскольку она сводит к минимуму тепло и искажения, возникающие в процессе сварки.
Лазерная сварка обычно используется в приложениях, где прочность и точность имеют решающее значение, например, в аэрокосмической, автомобильной и медицинской промышленности. Однако стоит отметить, что прочность сварного шва также зависит от правильного проектирования и выполнения сварного шва, поэтому крайне важно привлекать к процессу опытных сварщиков и инженеров.

Лазерная сварка — это высокоточный метод сварки, который можно использовать для соединения различных типов металлов, в том числе:

  • Сталь: Лазерная сварка обычно используется для сварки различных марок стали, включая низкоуглеродистую, нержавеющую и высокопрочную сталь, поскольку она может обеспечивать высококачественные сварные швы с низким подводом тепла.
  • Алюминий: лазерная сварка является эффективным методом сварки алюминия из-за его высокой отражательной способности и теплопроводности.
  • Медь: лазерная сварка также эффективна для сварки меди и латуни, в то время как традиционные методы сварки сложны для сварки меди, они часто используются в электронике и сантехнике.
  • Титан: Лазерная сварка часто используется для сварки титана из-за его высокой температуры плавления и реакционной способности.
  • Золото и серебро. Лазерная сварка также может использоваться для сварки драгоценных металлов, таких как золото и серебро, которые часто используются при изготовлении ювелирных изделий и других высококлассных приложениях.
  • Никель и его сплавы. Лазерная сварка может использоваться для сварки никеля и его сплавов, таких как инконель, который часто используется в аэрокосмической и других высокопроизводительных областях.
  • Магний: Магний — это легкий металл, который можно сваривать с помощью лазера, особенно в автомобильной и аэрокосмической промышленности.

Лазерная сварка — это универсальный метод сварки, который можно использовать для соединения самых разных металлов, как черных, так и цветных. Однако точная пригодность лазерной сварки для конкретного металла будет зависеть от конкретных свойств металла и требований сварочного применения.

Как правило, при лазерной сварке не используется сварочная проволока. В отличие от других типов сварочных процессов, таких как сварка MIG (металл в среде инертного газа) или TIG (вольфрам в среде инертного газа), лазерная сварка не требует присадочного материала, такого как сварочная проволока, для соединения двух кусков металла вместе. Лазерная сварка использует сфокусированный высокоинтенсивный лазерный луч для плавления и соединения двух кусков металла. Тепла, выделяемого лазерным лучом, обычно достаточно для плавления металла без дополнительного сварочного материала.
Однако в некоторых случаях в соединение может быть добавлено небольшое количество наполнителя для увеличения его прочности или для заполнения зазора между двумя соединяемыми частями. Этот наполнитель обычно имеет форму проволоки или порошка и добавляется в шов вручную или автоматически. Кроме того, некоторые методы лазерной сварки, такие как гибридная лазерная сварка, могут использовать сварочную проволоку для создания более стабильной дуги и уменьшения разбрызгивания.

Лазерная сварка широко используется в различных отраслях промышленности, включая автомобильную, аэрокосмическую и медицинскую. Хотя лазерная сварка имеет много преимуществ, таких как высокая точность, высокая скорость и небольшая деформация, в процессе сварки также существуют некоторые потенциальные дефекты. Некоторые подводные камни лазерной сварки включают в себя:

  • Пористость: образование небольших пустот или пор в сварочном материале, вызванное газами, захваченными в процессе сварки, которые могут ослабить сварное соединение и снизить его прочность.
  • Трещины: Лазерная сварка может создать высококонцентрированную зону термического влияния, что может привести к растрескиванию свариваемого материала, особенно если материал имеет высокий коэффициент теплового расширения или скорость сварки слишком низкая.
  • Неполное сплавление: Недостаточная мощность лазера для полного расплавления основного металла или присадочного металла приведет к неполному сплавлению сварного шва, что приведет к слабому или неполному соединению.
  • Подрезка: Чрезмерное плавление основного материала может привести к образованию канавок или зазубрин на краю сварного шва, что ослабит прочность соединения.
  • Деформация: при лазерной сварке выделяется много тепла, в результате чего сварочный материал расширяется и сжимается. Это может вызвать деформацию или коробление свариваемого материала, что может повлиять на точность размеров и качество продукта, особенно для тонких или хрупких материалов.
  • Окисление: Воздействие кислорода во время лазерной сварки может вызвать окисление основного материала, что приведет к ослаблению соединений и снижению коррозионной стойкости.
  • Чувствительность к соединению: лазерная сварка требует точного выравнивания двух свариваемых деталей. Любое смещение или изменение размеров зазора повлияет на качество сварки.

Чтобы свести к минимуму эти дефекты, необходимо оптимизировать параметры процесса лазерной сварки, включая мощность лазера, скорость сварки и фокус луча, а также использовать подходящие присадочные материалы и защитные газы. Кроме того, надлежащая обработка поверхности, конструкция соединения и термическая обработка после сварки также могут помочь уменьшить возникновение дефектов лазерной сварки.

Подведем итог

Лазерная сварка используется для высокоточной сварки, и, поскольку при ней не используются электроды, конечный результат сварки будет легким, но прочным. Первоначальные вложения стоят дорого, но качество и характеристики лазерной сварки не так просто воспроизвести. Поскольку лазеры становятся все более мощными и энергоэффективными, будущее лазерной сварки выглядит светлым!
Актек
Контактная информация
Получить лазерные решения