Технология лазерной сварки труб

Технология лазерной сварки труб

Одним из самых молодых инновационных методов соединения разноплановых материалов между собой является лазерный тип сварки. Он характеризуется невероятно высокой производительностью, аккуратностью и точностью выполнения рабочего процесса. Готовый сварочный шов обладает прочностью и безупречным качеством. Плавление материала выполняется при помощи луча лазера. Этот метод сварки даёт возможность сваривать не только изделия из металла, но и из других материалов различной структуры. Оборудование для выполнения лазерной сварки недешёвое, но оно быстро окупается, и с каждым днём его востребованность возрастает как на производстве, так и в условиях небольших ремонтных мастерских. В последнее время популярность стали набирать и сварочные лазерные аппараты, предназначенные для бытового применения.

Технология лазерной сварки труб

Сварочные работы с применением лазерной установки стали весьма популярны в различных сферах промышленности и народного хозяйства. Сущность процесса заключается в том, что в качестве источника тепловой энергии для выполнения работ применяется сгенерированный искусственным способом лазерный луч.

Лазерная сварка основана на направлении через систему фокусирования излучения, которое собирается в пучок наименьшего сечения и устремляется на рабочую поверхность деталей в месте их стыковки. Частично отражаясь, а частично попадая в толщу материала, луч подходит к рабочей поверхности.

При этом поверхность заготовки моментально поглощает пучок лазера, и в это же время происходит плавление материала, которое и обеспечивает формирование сварочного шва.

Технология лазерной сварки труб

Сварку с использованием лазера можно осуществлять в любом положении заготовок при помощи частичного или сквозного плавления материала. Согласно ГОСТ такой тип сварки осуществляется импульсным либо непрерывным вариантом излучения.

Если работа ведётся с заготовками небольшой толщины – от нескольких микрон до 1 мм – то сварочный процесс выполняется с применением расфокусировки лазерного пучка.

Делается это для того, чтобы не прожечь насквозь рабочую поверхность детали.

В случае, когда сварочный шов формируется импульсным излучением, пучок лазера выполняет сварные точки и перекрывает их от 30 до 90%, в зависимости от установленных на аппарате настроек. Лазерные сварочные установки способны выполнять процесс формирования шва со скоростью 5 мм за 1 секунду.

Нередко сварку осуществляют, применяя для этого припой в виде проволоки, порошка или ленты, но чаще всего обходятся без него. Такая присадка в некоторых случаях позволяет увеличить плотность и толщину готового сварочного шва.

В зависимости от глубины проникновения лазерного луча в толщу материала различают макросварку, где плавление происходит на глубине 1 мм, мини-сварку с глубиной проникновения до 1 мм, и микросварку, где речь идёт уже о глубине в 100 микрон.

Технология лазерной сварки труб Технология лазерной сварки труб

Как и любой метод, лазерный процесс сварки имеет как свои положительные, так и отрицательные стороны.

Преимуществами лазерной сварки являются:

  • способность к соединению любых материалов – стекла, металла, пластика, керамики, драгоценных металлов и так далее;
  • высочайшая точность при выполнении работ;
  • обеспечивается минимальная толщина сварочного шва при его максимальной прочности;
  • зона рабочей поверхности возле формирующегося шва не нагревается, поэтому детали в процессе сварки не подвергаются деформированию;
  • в процессе работы отсутствует рентгеновское излучение, не образуются вредные побочные продукты плавления материалов;
  • для выполнения работы по сварке металлов не нужно применять флюс, присадку, сварочные электроды;
  • процесс сварки можно осуществлять в любых, даже труднодоступных участках заготовки, а также на значительном удалении детали от самого лазера;
  • сварку заготовок можно выполнять даже в том случае, если они размещаются за прозрачной преградой;
  • сварочный аппарат можно быстро перепрограммировать и после окончания одного вида работ начать выполнение других задач.

Технология лазерной сварки труб Технология лазерной сварки труб Технология лазерной сварки труб Технология лазерной сварки труб

Недостатки метода сварки с использованием лазера в основном связаны с финансовой составляющей и заключаются они в следующем:

  • стоимость оборудования, комплектующих деталей и запасных частей у лазерного аппарата довольно высокая;
  • коэффициент полезного действия процесса сварки напрямую зависит от отражающих характеристик материала заготовки;
  • для работы с лазерной сварочной установкой требуются специалисты с высоким уровнем образования и подготовки;
  • помещение, где работает лазерная сварочная установка, должно быть чистым (без запылённости), с нормальным уровнем влажности воздуха и не подвергаться колебаниям вибрационного характера.

Технология лазерной сварки труб

Несмотря на существенные требования и высокую себестоимость, лазерная сварка стала очень востребована и применяется на производствах, которые в числе первых освоили инновационные технологические процессы.

Аппараты, предназначенные для сварочных работ, могут иметь различные характеристики выполняемых ими операций и внешние параметры. Лазерная сварочная установка бывает исполнена в формате мини или занимает довольно большое пространство. Каждый аппарат имеет в своём составе основные компоненты:

  • генератор лазера;
  • устройство для передачи лазерного излучения;
  • блок сварочной головки, снабжённый линзой фокусирования;
  • блок, отвечающий за фокусирование лазерного луча;
  • зеркальная система, выполняющая роль резонатора;
  • система, приводящая в движение саму заготовку и лазерную сварочную головку;
  • программный блок управления аппаратом;
  • блок электропитания;
  • устройство охлаждения;

В настоящее время существует три типа лазерного оборудования для выполнения сварки.

Это самая серьёзная аппаратура, которая работает в диапазоне мощности от нескольких десятков до нескольких тысяч ватт. Суть технологии этого сварочного устройства заключается в следующем:

  • в качестве источника лазерного излучения используется стержень прозрачного вида, сделанный из натурального рубина либо иттриевого граната, который для прочности легируют неодимовым компонентом;
  • твёрдый стержень заключён в специальном блоке;
  • вспышка специальной лампы генерирует излучение, которое передаётся стержневому элементу.

Материал из граната или рубина обладает высокой степенью долговечности, его применение безопасно и эффективно.

Данный тип сварочного лазерного оборудования считается наиболее высокопроизводительным. Установка выполняет сварочные работы под защитой газов. Мощность таких аппаратов колеблется от десятков до тысяч киловатт. Принцип работы устройства состоит в следующем:

  • в качестве излучателя лазерного пучка применяется трубка из прозрачного материала, которая содержит внутри себя газовую смесь, состоящую из гелия, азота, кислорода с углекислотой;
  • газовая смесь находится в трубке под давлением, и при подаче электрического импульса в виде разряда излучатель приходит в активное состояние;
  • под действием электрического разряда, исходящего одновременно от нескольких электродов, гелий и азот сообщают свою энергию углекислому газу, и в результате получается лазерный импульс;
  • лазерный импульс с помощью отражения в множественных зеркалах многократно усиливается и через оптическую систему выходит в область своего применения при сварке.

Данный тип лазерного сварочного аппарата имеет широкое применение, но коэффициент полезного действия у этого устройства не превышает 15%.

Этот тип лазерной сварки основан на применении сочетания электрической дуги и мощного луча энергии. Дуговая методика применяется с целью выполнения ровных швов.

Достоинством подобных лазерных аппаратов считается хорошее соединение любых материалов без предварительного цикла подготовительных работ.

Энергетический луч в сочетании с электрической дугой может выполнять в автоматическом режиме на больших скоростях сварку толстостенных заготовок, проявляя при этом низкий уровень теплообмена. Готовый сварочный шов при такой процедуре отличается точностью и надёжностью.

На сегодняшний день технический прогресс шагнул далеко вперёд, и большинство современных предприятий работает с использованием новых технологий производственного процесса. Сварочные аппараты лазерного поколения имеют различные характеристики и режимы применения.

  • «Квант-15» считается одним из самых продуктивных и дорогостоящих вариантов, обладающих обширными функциональными возможностями. Ему доступна в автоматическом режиме импульсная и шовная сварка. Проплавление материала вглубь лазерным лучом составляет 3 мм. Этот аппарат используется для работы со сложными и суперпрочными высоколегированными сплавами.
  • «ЛАТ-С» – конструкция аппарата позволяет выполнить не только лазерную сварку, но и наплавку. С помощью устройства можно выполнять аддитивные послойные изготовления деталей из металла в трёхмерном измерении. Лазером можно не только создать, но и обработать создаваемые детали. Аппарат обладает высоким уровнем производительности и мощности. В комплект к устройству могут быть добавлены специальные столы, позволяющие выполнять обработку заготовок в заданных координатных плоскостях.
  • «МУЛ-1» – аппарат с небольшими габаритами, обладающий способностью лазерной сварки и аддитивного наплавления. Это устройство используют в ювелирной промышленности, благодаря чему удаётся выполнить сварку серебра и других металлов, соблюдая при этом высокую точность и аккуратность. На этом аппарате также можно сварить и пластик, его точность настолько велика, что ему можно доверить даже сварку пластиковой оправы для очков.

Не только автоматическими моделями представлены лазерные аппараты. Среди них имеется большое число устройств, с помощью которых выполняется и ручная сварка.

  • Модель Weld-WF является миниатюрным аппаратом, с помощью которого производится сварка на участках, доступ к которым затруднён. Устройство оснащено манипулятором, соединённым с волоконным приводом. Оно обладает высокой производительностью при небольшой мощности.
  • Модель CLW-120 – сварочный аппарат ручного типа. Обладает малой мощностью и применяется в ювелирной сфере, где требуется высокая степень точности и аккуратности. Кроме того, устройство может осуществить и точечную импульсную сварку.
Читайте также:  Утюг для сварки пнд труб

Лазерные устройства различной комплектации и мощности могут выполнять различный объём работ:

  • импульсную точечную сварку заготовок;
  • ремонт конструкций различных габаритов;
  • осуществить аддитивные наплавочные работы;
  • выполнить ремонт электронных компонентов, пресс-форм, ювелирных изделий и так далее;
  • произвести изготовление и ремонт предметов медицинского назначения, в том числе и выполнить их дезинфекцию.

Обширное применение лазерных установок сдерживается тем, что стоимость такого оборудования достаточно высока. Окупаемость аппарата происходит только в том случае, если задействовать его в промышленных масштабах.

Устройства для лазерной сварки могут выполнять соединение деталей в любом их положении. При этом глубина проплавки материала подлежит регулированию и может быть как поверхностной, так и сквозной. Сварочный шов можно делать сплошным либо производить точечную сварку. Лазерная установка может работать как с толстостенными деталями, так и с материалами толщиной в десятую часть миллиметра.

Соединение двух заготовок при помощи сварочного лазерного аппарата может осуществляться двумя способами.

Этот вариант сварочного процесса не нуждается в использовании флюса и припоя. Две детали можно положить вплотную друг к другу и начать процесс сварки при помощи проплавления материала на всю его глубину. В процессе работы с металлами шов от окисления защищает газ азот либо аргон, а применение гелия поможет защитить заготовку сквозного пробоя лазерным лучом.

С целью соединения две заготовки накладывают одну на другую, чтобы получился небольшой нахлёст, при этом сварочное соединение выполняется глубоким прожигом обеих частей. Чтобы шов получился ровным, детали должны лежать неподвижно, для чего их фиксируют специальным прижимным механизмом.

Оба метода имеют широкое применение, но практика показала, что нержавеющую сталь сваривают лазером только способом встык, так как другой метод создает напряжённость металла в процессе выполнения сварки.

Наиболее распространены лазерные сварочные устройства в современном промышленном производстве. Инновационное оборудование используют в электронике, при создании точных приборов, в области авиации и космической сферы, на предприятиях атомной отрасли, в сфере автомобильного производства.

С использованием лазерных установок изготавливают микросхемы и платы, соединяют между собой детали из пластика или металла, толщина которых находится в диапазоне нескольких микрон.

Лазер даёт возможность выполнить пайку элементов, поверхность рядом с которыми не должна подвергаться нагреванию.

В сфере самолётостроения и автомобильной промышленности вес машин снижают за счёт применения облегчённых материалов: алюминия, пластика, тончайшей стали. Без использования лазерной аппаратной сварки соединить детали из таких материалов раньше не представлялось возможным.

При строительстве морских судов, а также в сфере оборонного комплекса, атомного сектора и авиакосмического моделирования происходит использование не только металлических форм, но и деталей, выполненных из титана, а также его сплавов.

Осуществить сварку титана в обычных условиях довольно непросто, так как этот металл обладает чувствительностью к молекулам водорода и кислорода, которые при нагревании насыщают расплавленный при сварке металл газом и тем самым способствуют образованию в нём глубоких растрескиваний.

Применение лазерной сварки, выполняемой под защитой газовой смеси гелия с аргоном, позволяет получить качественный шов даже на титановых деталях.

Аппараты для сварки с применением лазера дают возможность соединять, казалось бы, не сочетаемые между собой материалы, например, медь с алюминием.

Новые технологии в сварочной сфере дали возможность соединять металлы различных текстур и свойств, а также цветные сплавы, высоколегированную сталь и чугун.

Сегодня благодаря лазерным технологиям стало возможным выполнение сложных элементов запорной арматуры, узлов, шестерён и других деталей, которые раньше изготавливались с большими затратами сил, средств и времени.

Сварочные лазерные аппараты используются в медицине для изготовления расходных материалов, оправ для оптики, ортезов и протезов, искусственных суставов, скелетных штифтов и других изделий. Точность и высокая производительность лазера применяется и при изготовлении ювелирных изделий.

Благодаря лазерным технологиям стало намного проще спаять серебро, выполнить изделие в технике сочетания различных драгоценных металлов, осуществлять работу с золотом и платиной.

О том, какие особенности лазерной сварки, смотрите в следующем видео.

Лазерная сварка — преимущества и недостатки

Лазерная сварка — сварка с использованием лазера в качестве энергетического источника.

Лазерная сварка применяется для сварки одинаковых и разнородных металлов в радиоэлектронике и электронной технике.

Общие сведения

Сваривание происходит при помощи специального оснащения. Автоматический режим работает без участия человека, полуавтоматический под надзором сварщика. Второе название этого способа «сварка лазерным лучом», так как луч греет и плавит металл.

Она имеет параметры, разрешающие соединять элементы между собой. Лучевой пучок располагается в определенной зоне. На маленьком кусочке сосредотачивается значительная энергия и происходит оплавление элемента.

Ее хватает для моментальной сварки элементов значительной толщины. «Квант 15» — одно из лучших лазерных устройств. Его нередко применяют для сваривания разных элементов, имеющих толщину до 3 мм.

Дантисты используют этот прибор для разработки протезирования. При его содействии осуществимо сваривание нержавейки. Существует 2 типа аппаратов: твердотельные и газовые. Есть еще третий тип сваривания, называемый лазерно-дуговой.

Она имеет все функции обоих способов соединения металлов. Аппарат нечасто используют в быту, поэтому заострим наше внимание на двух видах сваривания.

История

Лазерная сварка появилась после изобретения Басовым Н. Г., Прохоровым А. М., Таунсом . Х. в 60-е годы XX века лазеров, созданием мощных лазерных установок непрерывного и импульсного действия.

Достоинство лазерного излучения — высокая концентрация энергии. Лазерная сварка проводится на плотностях мощности лазерного излучения Е=106 — 107 Вт/см2, что позволяет сваривать разные материалы с толщинами от нескольких микрометров до десятков миллиметров.

Техническая особенность лазерной сварки

Технология лазерной сварки труб

  • направленность узкого лазерного луча позволяет сосредоточить всю тепловую энергию, которая необходима для образования сварочной ванны, в месте малой площади до десятых долей миллиметра.

Это позволяет производить соединение очень тонким швом;

  • лазер имеет более эффективную способность к фокусировке оптическими линзами, так как лазерный поток монохроматичен, имеет одну интерференционную фракцию и одинаковую длину волны, в то время, как световой поток имеет несколько фракций с различными длинами волн;
  • когерентность потока означает способность лазерного луча к резонансу, который увеличивает мощность потока.

Для этого в сварочных аппаратах лазерной сварки используются резонаторы колебаний магнитных полей, которые так же позволяют усиливать и уменьшать поток по площади.

Технология лазерной сварки труб

  • Твердотельные лазеры. Лазер представляет собой трубку, которая внутри покрыта зеркальной поверхностью – зеркалом насыщений.

В центре трубки находится цилиндрический трубчатый рубин, который и является преломляющей линзой для образования лазерного луча.

На внешний контр подаются токи возбуждения, которые подаются так же и на лампу возбуждения, которая создает кратковременный высокочастотные световые импульсы, эти импульсы аккумулируются рубиновой трубкой.

После этого внутри рубина возникает ионизированный лазерный пучок. Далее лазерный луч выгоняется направленным магнитным полем.

Отличительная черта таких лазеров – малая мощность лазерного луча, поэтому область применения данной сварки – работа с малогабаритными и легкоплавкими деталями.

Такие лазеры нашли активное применение в микроэлектронной промышленности: производство микросхем, микро распределителей, диодов и тиристоров;

  • Газовые лазеры обладают намного большей мощностью. Их отличительной чертой от твердотельных лазеров является тот Технология лазерной сварки трубфакт, что полость отражательной трубки заполнена смесью ионизирующего газа, как правило, СО2+N2+Не.
  • Схема работы такого лазера не отличается сложностью: в трубке расположены два электрода, которые и являются возбудителями для образования направленного лазерного заряда в газе.
  • Лазерный луч направляется магнитными полями высокой мощности.
  • Такие сварочные аппараты оснащаются водяной системой охлаждения, так как рабочая полость с азом разогревается от импульсного воздействия электродов.
  • Газодинамические лазеры по своему устройству похожи на обычные газовые лазеры, но в данном случае газ в номинальной температуре 10000 градусов по Цельсию подается через сопло Лаваля, где он ионизируется и превращается в лазерный поток ионов газа.

Технология лазерной сварки труб

Много слышали о сварке алюминия, но не знаете что для этого надо? Читайте здесь о всех способах сварки алюминия.

Использование твердотельного лазера

Технология лазерной сварки труб

Твердотельный лазер применяют с электродами специального назначения. Они бывают рубиновые, стеклянные, с добавлением неодимов.

На рисунке ниже вы можете рассмотреть подробную схему. Мощность этого прибора не более 6 кВт. В связи с этим, твердотельные лазеры применяют для сваривания деталей небольшой толщины.

Этот лазер допускает сварку золотых элементов, нихрома, тантала. Становится реальным расплавить проволоку толщиной до 1 мм. Также допустимо точечное сваривание фольгированных деталей.

Виды сварки

Лазерная сварка бывает двух видов:

  • Технология лазерной сварки трубСтыковая — в этом случае не используют присадки и флюс. Между металлами допускается минимальный стык, не больше 0,2 мм. Такое же значение является максимальным для фокусировки лазерного луча на стык. Сварку проводят посредством «кинжального» проплавления металла на всю толщину с интенсивностью лазерного излучения до 1 мВт/см2. Шов в этом случае нужно предохранять от окисления аргоном или азотом, а гелий защитит его от пробоя лазерного излучения;
  • Нахлесточная — металлические листы накладываются друг на друга, они соединяются посредством мощного излучения. Сварка проводится с локальным прижимом деталей. Максимально допустимый зазор между поверхностями металлов при работе — 0,2 мм. В случае необходимости повышения качества соединяемых деталей используется двойной шов.
Читайте также:  Детали запорной арматуры задвижек

Сферы применения лазерной сварки металлов

Технология лазерной сварки труб

Итак, сферы применения таковы:

  • производство приборов и прочих точных механизмов;
  • производство сложных изделий на основе легкоплавких металлов;
  • изготовление деталей из чугуна;
  • изготовление пластмассовых изделий.

Такая технология в промышленности стала применяться всего порядка 20 лет назад, и если есть возможность, то можно купить станки для только стационарного типа, но и ручные для сварки в домашних условиях.

Плюсы и минусы

Лазерное соединение металлов имеет свои плюсы и минусы. Что касается преимуществ, то они следующие:

  • площадь металла нагревается незначительно, что сильно сокращает его коробление во время работы;
  • лазерный луч передается по волоконной оптике, благодаря чему он попадается даже в труднодоступные места;
  • лазерное оборудование можно использовать не только для сварки металла, но и его резки;
  • оно обеспечивает высокое качество сварных швов;
  • процесс сваривания обеспечивает хорошую производительность, его легко контролировать.

Но имеет технология и свои недостатки:

  • оборудование очень дорогое;
  • сварочный аппарат обладает низким КПД;
  • оператор установки должен иметь высокую квалификацию.

Но, несмотря на недостатки, лазер — это единственный вариант для обеспечения точной сварочной операции или соединения легкоплавких материалов.

Использование газового лазера

Технология лазерной сварки труб

Газовые лазеры сильнее твердотельных, следовательно, область их использования больше. Здесь аргон заменяют электроды. На рисунке ниже изображена подробная схема. Большие размеры и вес являются большим минусом таких лазеров.

Однако за увесистым каркасом прячется мощность, которая достигает 20 кВт. Это означает то, что аппарат способен сваривать элементы, не снижая темп (средняя скорость сваривания составляет 60 м в час).

Самыми внушительными лазерами являются газодинамические. Нужно подогреть газ до ультравысокого давления, для того, чтобы он функционировал. Аппарат варит металл при скорости 200 м в час и производит 100 кВт.

Их применяют исключительно на огромных предприятиях.

С такой установкой можно выполнять сварку: алюминия; нержавейки; стекла. Область использования этого оборудования весьма внушительна. Однако необходимо учитывать важную деталь.

Во время сварки лазером сварочную область необходимо оградить от кислорода, так как шов может образоваться некачественным. Так как металл мгновенно испаряется, то пучок света рассеивается очень быстро.

Чтобы не допустить этого, необходимо делать подачу газа, угнетающего плазму. Для этого часто применяют гелий, так как он не является барьером для аргона и не позволяет лазеру рассеиваться.

Профессионалы задействуют в процессе соединение аргона и гелия в равной пропорции, одновременно реализовывая 2 опции: защитную и подавляющую.

Недостатки лазерной сварки

При всех положительных сторонах здесь есть ряд серьезных недостатков, благодаря чему технология так и остается узкоспециализированной:

  • Очень высокие цены на оборудование для проведения работ;
  • Высокая себестоимость самого процесса сварки;
  • Низкий коэффициент полезного действия, который достигает всего до 2%;
  • Подходит только для узкого спектра процедур.

Разновидности

Лазерная сварка трубопроводов и прочих видов соединений может производиться несколькими типами аппаратов. Твердотельный обладает короткими и более слабыми волнами. Он чаще всего работает в импульсном режиме, но иногда требуется применять и беспрерывный режим, хотя здесь он менее эффективен.

Отличие в принципе работы заключается в том, что лазерное излучение проходит из твердотельного элемента, которым является стеклянный стержень. При этом включается неодим, гранат и рубин. Сам стержень располагается в камере, освещение которой происходит при помощи лампы накачки. Она создает световые вспышки.

Данный тип техники используется для  тонких электронных приборов и точечной сварки.

Газовый аппарат одинаково используется как в импульсном, так и в непрерывном режиме. Он обладает более высокой мощностью, так как здесь применяются высоковольтные источники тока. В аппарате используется поперечный тип прокачки, что дает ему компактность размеров. В среднем, максимальная толщина сварки для таких моделей составляет до 2 см. В качестве активной среды здесь выступают газы.

Таким способом можно выделить еще две разновидности:

  • Импульсная лазерная сварка скапливает большое количество энергии, а затем все накопленное воздействует на место соединение за короткий промежуток времени. Данная технология отлично подходит для металлов, которые сильно подвержены деформациям. Воздействие силы происходит преимущественно на поверхность, так что исключается глубокое проникновение. Импульсные установки обладают более высокой стоимостью, чем непрерывные.

Технология лазерной сварки труб

Импульсная лазерная сварка

  • Непрерывная лазерная сварка предназначена для создания сплошных швов, которые могут делаться не только поверхностно, но и глубокими. Зона проплавления почти не зависит от глубины и практически всегда остается узкой.

Технология лазерной сварки труб

Непрерывная лазерная сварка

Технология

Лазерная сварка проводится путем воздействия лазерного излучения, сфокусированного пучком небольшого сечения. Частично этот пучок отражается от поверхности, но большая часть его проникает в основной металл. При проникновении происходит поглощение энергии, после чего металл нагревается и расплавляется, если достиг определенной температуры. Благодаря этому и формируется сварочный шов.

«Важно!

Уменьшение мощности зачастую происходит путем расфокусировки пучка, что не делает процесс более экономичным.»

Сварка производится в любом пространственном положении. Сварка производится при помощи дополнительных присадочных материалов, в качестве которых выступает сварочная проволока, порошок или лента. Условно технологию процесса можно разделить на:

  • Макросварку – когда толщина проплавления составляет более 1 мм;
  • Минисварку – когда толщина проплавления лежит в диапазоне 0,1-1 мм;
  • Микросварку – при толщине проплавления до 0,1 мм.

Для проведения процесса не нужно создавать условия вакуума. Также не стоит использовать газовую среду в качестве защиты, так как это может привести преломлению и экранированию лазерного луча. При воздействии на кромки, луч оплавляет их, благодаря чему получается припой из того же материала, что и сделана сама заготовка.

Регулировка силы пучка зависит от его плотности, так что при высокой концентрации можно добиться максимально высокой тонкости, которая практически не достижима для других видов сварки.

В большинстве случаев лазерная сварка является автоматическим процессом и, кроме как для настроек и установки деталей, человеческий труд не требуется.

Техника безопасности

Применение лазерной сварки во многом является безопасным процессом, так как человек не контактирует с ней непосредственно, как это происходит при ручной дуговой. Но здесь есть свой ряд особенностей, которые может привести к травмам, если не применять технику безопасности.

Главным правилом является недопущение попадание на пути лазера посторонних предметов. Здесь очень тонкий луч обладает высоким уровнем энергии, так что человеческая рука или еще что-либо, может быть очень легко пропалена. Перед использованием установки всегда нужно проверять ее работоспособность и исправность, чтобы не возникло ни каких проблем.

Вблизи не должны находиться ни какие легко возгораемые предметы.

Стандарты

Данный процесс должен проводиться согласно определенным стандартам. Определяющим здесь является ГОСТ 28915-91. В нем прописаны все данные, необходимые для качественной импульсной сварки лазером, точечных соединений, а также все типы получаемых соединений, их параметры и так далее.

Особенности лазерной сварки стали

Сначала происходит очищение поверхности металлической заготовки от окалин, грязи, ржавчины и прочих посторонних веществ. Не допускается, чтобы на стали находилась влага. Зачистка осуществляется при помощи щеток по металлу. После зачистки поверхность желательно обезжирить.

Затем идет подгонка деталей под сварку, чтобы кромки плотно прилегали друг к другу. Зазор если и должен быть, то его берут минимальным, около 5% от толщины свариваемого металла. при сборке используются прихватки. Здесь лучше использовать стыковое соединение, а не нахлесточное.

Схема лазерной сварки

Заключение

Сварка лазером относится к узкоспециализированным процессам. Ее технология является очень сложной, так как нужно знать множество нюансов самой техники. Дороговизна аппаратов делает ее трудно доступной для многих сфер, кроме тех, где она действительно востребована.

Классификация по признакам

По энергетическим

Методы сварки лазером классифицируют по нескольким признакам. Разновидность отличаются по техническим характеристикам и экономическим аспектам. Эти особенности учитываются при выборе конкретной установки.

Читайте также:  Сборный стеллаж из профильной трубы

Каждый вид различается плотностью мощности. Проводится процесс при Е=1-10 МВт/см2. Если уменьшить этот показатель, то другой вид сварки будет более экономически пригодным, к одному из таких относится электродуговая. Применяют три главных режима, которые отличаются по нескольким параметрам:

  1. t>10-2 c, Е=1-10 МВт/см2. Данный режим подразумевает под собой применение лазеров непрерывного действия. Он подходит для обработки сталей конструкционного типа.
  2. t

Технология лазерной сварки металлов и аппараты

Среди используемых способов сварки металлических частей и конструкций наиболее передовым способом, обеспечивающим качественный аккуратный шов, является лазерная сварка металлов.

Ее применяют, когда к точности получаемых форм предъявляются высокие требования. Достигается это за счет высокой точности сварного шва, который при лазерной сварке имеет небольшую ширину и достаточную глубину.

Тонкий шов получается при воздействии на металл мощного лазерного излучения в ограниченной области его воздействия, вызывающего нагрев в этой зоне до высоких температур за короткий период времени.

Технология лазерной сварки

Рассмотрим природу теплового воздействия лазера на металл и последующего расплавления сварной зоны.

Поток лазерных лучей монохроматичен и характеризуется одинаковой длиной волны по сравнению со световым потоком, обладающим различными длинами волн. Поэтому он хорошо поддается фокусировке с помощью зеркал и оптических линз, позволяющих добиться резонанса (когерентности) лазерного луча, что приводит к увеличению мощности потока.

Технология лазерной сварки труб

Принцип проведения сварки с помощью лазера основан на фокусировке лазерного луча, полученного с помощью квантового генератора. В основе его работы лежит излучение, которое является источником электромагнитных волн, индуцированных с помощью усилителя.

Направленный пучок лучей при проникновении внутрь металла воздействует на него на электронном уровне, отдавая свою энергию. Это происходит путем поглощения атомами металлов концентрированной лучистой энергии в виде фотонов.

В результате атомы переходят в возбужденное состояние и становятся способными сами излучать энергию в виде фотонов. При совпадении энергии фотонов падающей электромагнитной волны пучка с энергией фотонов возбужденных атомов металлов происходит индуцированное усиленное излучение.

В результате высвобождается тепловая энергия, за счет которой металл в этой области нагревается до температуры плавления. После кристаллизации расплавленных кромок металла образуется прочное межкристаллическое сцепление атомов и формируется качественный сварной шов.

Видео:

https://www.youtube.com/watch?v=Q38MpPsrF_Q

Условия и способы осуществления сварочного процесса

Для обеспечения эффективности энергии луча нужно его сфокусировать. Для этого используют отражающие и фокусирующие лазерный луч зеркала. Когерентные лучи имеют минимальный разброс и оказывают действие на точно определенные участки сварной области.

Технология лазерной сварки труб

Такой вид сварки можно проводить:

  • в разных положениях и при любом расположении свариваемых кромок;
  • с помощью сплошного и частичного расплавления сплавляемой области металла;
  • непрерывно или импульсами.

При помощи такого метода можно соединять, как тонкостенные металлические листы, так и изделия, имеющие большие габаритные размеры.

Чем точнее сфокусирован лазерный луч, тем выше мощность его излучения.

Оборудование для проведения лазерной сварки

Для выполнения сварки с помощью лазера применяется следующее оборудование:

  • источник лазерного излучения;
  • блок транспортировки и системы для фокусировки луча;
  • при необходимости наличие газовой среды для защиты металла;
  • система для перемещения луча и самого изделия.

Устройство лазера включает излучатель и источник электропитания. Излучение обеспечивает генератор, продуцирующий лучи в специальной среде.

  • В качестве такой среды применяется две разновидности лазеров: твердотельные и на основе газов.
  • Видео-обзор станка лазерной сварки E-fiber AF с вращательным приводом:

Аппараты лазерной сварки металлов

Все аппараты лазерной сварки металлов работают в импульсном или непрерывном режиме.

Аппараты с твердым активным элементом отличаются от устройств на основе активной среды из газов длиной излучающей волны. У них она короче и мощность излучения слабее газовых устройств.

https://www.youtube.com/watch?v=eivXKfNn-Rs

Лазеры с твердым активным элементом

Твердотельные аппараты функционируют в основном с помощью импульсного лазера, но иногда может использоваться непрерывный и импульсный рабочий режим. Их работа осуществляется таким образом:

  1. Твердый элемент, имеющий форму стержня, являющийся источником лазерного луча, расположен внутри специальной камеры, освещенной лампой для накачки.
  2. Она обеспечивает при работе световые импульсные вспышки, приводящие в активное состояние рабочее тело.

Технология лазерной сварки труб

Твердотельный элемент чаще изготавливают в виде стержня, изготовленного из так называемого «розового» рубина, представляющего собой окись алюминия (Al2O3) с примесью ионизированного хрома (Cr3+).

После воздействия лучей ионы Cr3+ переходят в активное состояние и начинают светиться. С торцов стержень покрыт веществом, отражающим свет, чаще серебром.

Лучи хромовых возбужденных ионов, отражаясь от посеребренных зеркал, перемещаются вдоль оси, передавая возбуждение другим ионам.

Процесс возбуждения ионов становиться массовым и сопровождается мощным выделением лучистой энергии. Они фокусируются с помощью линзы в сварной области.

Такие лазеры обычно являются источниками импульсов периодического действия с длиной волны 0,69 мкм и максимальной импульсной энергией от 10-2 до 10-3 Дж.

Средние значения мощности излучения элементов на основе твердотельных стержней может доходить до сотен ватт.

Аппараты с элементами на основе газовой среды

Аппараты, использующие для работы активную газовую среду, функционируют как в непрерывном, так и импульсном режиме. Это оборудование является более мощным, работающим при высоком напряжении.

В качестве активной среды может использоваться газ на основе смеси (СО2), (N2) и гелия (He). Он подается под давлением от 2,66 до 13,3 кПа. Возбуждение газовой смеси осуществляют с помощью электрического разряда.

Гелий (Не) и азот (N2) осуществляют передачу полученной при возбуждении энергии молекуле СО2 и обеспечивают условия для создания разряда. Газоразрядные аппараты излучают длину волны до 10,6 мкм.

Кпд работы аппарата может достигать от 5 до 15%.

Схема работы аппаратов на основе газовой среды показана на рисунке:

Технология лазерной сварки труб

Особенности сварки лазером тонкостенных металлов

В отличие от толстостенных металлов, которым для успешного соединения требуется глубокое расплавление, для тонких металлов глубина проплавления существенный фактор. При лазерной сварке тонких металлов с ней нельзя переборщить.

Технология лазерной сварки труб

Параметры, влияющие на эту величину, это:

  • мощность лазерного излучения;
  • скорость выполнения работы;
  • степень фокусировки луча лазера.

В случае непрерывного процесса t — это длительность его проведения. Если работа осуществляется в импульсном режиме, то t – это продолжительность импульса. При высоких показателях мощностной плотности (Е) может наступить кипение металла в области воздействия луча, приводящее к сквозным дефектам.

Для тонких металлов особенно важна характеристика этого показателя. На него влияет кроме времени воздействия степень фокусировки луча. Для уменьшения плотности излучения для тонких металлов производят расфокусировку луча с помощью электронного управления настройкой работы аппарата.

Изменяя показатели (Е) и (t) можно обеспечить режим работы для разных металлических конструкций, имеющих минимальную толщину.

Различия в технологии проведения лазерной сварки разных металлов

Технология проведения сварки с помощью лазера для различных сплавов металлов имеет свои особенности.

Например, перед проведением работ со стальными изделиями их нужно обязательно очистить: снять окалину, избавиться от коррозии.

Технология лазерной сварки труб

Изделие должно быть сухим. Это поможет избежать образования пор, оксидной пленки и трещин в самом шве. Последнее особенно важно при сваривании труб из стальных сплавов. Зону сварки нужно обезжирить.

Предварительная обработка нужна и изделиям из алюминия, магния и цветных металлов.
Если изготавливаются трубы из нержавейки, то их сваривают строго встык. Шов внахлест не допускается из-за возникающих напряжений в металле.

Быстрота проведения лазерной сварки исключает образования окисных соединений в зоне расплава, поэтому при ее проведении не требуется создания защитной среды или вакуума в отличие от других видов сварки.

Это свойство особенно важно при сварке титановых сплавов. Они используются в ответственных изделиях атомной и авиационной промышленности. Поэтому, чтобы избежать образования зерен в зоне нагрева этого металла до высоких температур, часто применяют лазерную сварку.

Ручная сварка

Соединение деталей можно осуществлять с помощью ручной лазерной сварки.

Миниатюрный станок для ее самостоятельного проведения сейчас можно выбрать без труда. Их достаточно много в продаже по приемлемой цене с разными параметрами настройки режимов работы.

Технология лазерной сварки труб

С помощью такого станка легко можно провести:

  • ремонт с помощью сварки миниатюрных изделий, например, ювелирных, оправы для очков;
  • точечную спайку (сварку) в стык;
  • наплавку;
  • ремонт пресс-форм;
  • обрабатывать предметы медицинского назначения;
  • сварочные работы в области микроэлектроники.

Заключение

Лазерный способ сварки металлов сегодня особенно востребован во многих областях. С помощью этой технологии можно бесконтактно соединять материалы с разными электрохимическими свойствами. Это позволяет проводить работы в труднодоступных местах. Работы можно проводить на малых площадях с большой точностью.

Однако ее применение ограничено значительной стоимостью из-за высокой цены оборудования.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector