Лазерная сварка
Лазерная сварка использует высокоточный лазерный луч для сплавления металлов и термопластов. Точность процесса обеспечивают низкие тепловые искажения, что делает лазер идеальным для сварки чувствительных материалов. Процесс чаще всего автоматизирован, что обеспечивает высокую скорость работы.
Давайте углубимся в концепцию лазерной сварки.
Что такое лазерная сварка?
Лазерная сварка или сварка лазерным лучом (LBW) — это процесс, в котором используется концентрированный источник тепла в виде лазера для плавления материалов, которые сплавляются вместе по мере охлаждения. Это универсальный процесс, так как с его помощью можно сваривать тонкие материалы на высоких скоростях, одновременно выполняя узкие и глубокие сварные швы для более толстых материалов.
Хотя оборудование для лазерной сварки стоит дороже, чем традиционные аппараты, его эксплуатационные расходы ниже, поскольку оно не обязательно требует дополнительного присадочного материала и последующей обработки. Кроме того, высокая скорость сварки позволяет производить больше деталей в час. Технология, лежащая в основе этого процесса, значительно отличается от обычных процессов дуговой сварки, таких как MIG, TIG и SMAW. В современных производственных цехах для лазерной сварки используются программируемые роботы с усовершенствованной оптикой для точного определения рабочей области заготовки.
Давайте углубимся в концепцию лазерной сварки.
Что такое лазерная сварка?
Лазерная сварка или сварка лазерным лучом (LBW) — это процесс, в котором используется концентрированный источник тепла в виде лазера для плавления материалов, которые сплавляются вместе по мере охлаждения. Это универсальный процесс, так как с его помощью можно сваривать тонкие материалы на высоких скоростях, одновременно выполняя узкие и глубокие сварные швы для более толстых материалов.
Хотя оборудование для лазерной сварки стоит дороже, чем традиционные аппараты, его эксплуатационные расходы ниже, поскольку оно не обязательно требует дополнительного присадочного материала и последующей обработки. Кроме того, высокая скорость сварки позволяет производить больше деталей в час. Технология, лежащая в основе этого процесса, значительно отличается от обычных процессов дуговой сварки, таких как MIG, TIG и SMAW. В современных производственных цехах для лазерной сварки используются программируемые роботы с усовершенствованной оптикой для точного определения рабочей области заготовки.
Виды лазерной сварки
Существует два различных типа лазерной сварки, каждый из которых имеет уникальные принципы работы, подходящие для конкретных применений. Способ взаимодействия материала зависит от плотности и мощности лазерного луча.
Теплопроводная сварка
В этом методе сфокусированный лазерный луч используется для расплавления поверхности основных материалов. Когда соединение затвердевает, получается точный и ровный сварной шов. Сварные швы, созданные головным методом, как правило, не нуждаются в постобработке, качество отличное «из коробки».
Энергия поступает в зону сварки только за счет теплопроводности. Это ограничивает глубину сварки, и поэтому этот процесс отлично подходит для соединения тонких материалов. Теплопроводная сварка часто используется для видимых сварных швов, которые должны быть эстетичными.
Существует две подкатегории теплопроводной сварки:
✅ Прямой нагрев – лазерный луч воздействует непосредственно на поверхность металлов.
✅ Передача энергии – абсорбирующие чернила наносятся на место сварки, поглощая энергию лазерного луча.
Сварка с глубоким проплавлением/замочной скважиной
Выполнение процесса в режиме сварки с замочной скважиной (глубокое проплавление) создает глубокие, узкие швы с однородной структурой. Для металлов применяется плотность мощности около 1 мегаватта на квадратный сантиметр. Это не только плавит металл, но и испаряет его, создавая узкую полость, заполненную паром.
Это называется полостью замочной скважины или паровым капилляром, и она заполняется расплавленным металлом по мере прохождения лазерного луча через заготовку. Сварка в замочную скважину является высокоскоростным процессом, поэтому деформация и образование околошовной зоны сведены к минимуму.
Теплопроводная сварка
В этом методе сфокусированный лазерный луч используется для расплавления поверхности основных материалов. Когда соединение затвердевает, получается точный и ровный сварной шов. Сварные швы, созданные головным методом, как правило, не нуждаются в постобработке, качество отличное «из коробки».
Энергия поступает в зону сварки только за счет теплопроводности. Это ограничивает глубину сварки, и поэтому этот процесс отлично подходит для соединения тонких материалов. Теплопроводная сварка часто используется для видимых сварных швов, которые должны быть эстетичными.
Существует две подкатегории теплопроводной сварки:
✅ Прямой нагрев – лазерный луч воздействует непосредственно на поверхность металлов.
✅ Передача энергии – абсорбирующие чернила наносятся на место сварки, поглощая энергию лазерного луча.
Сварка с глубоким проплавлением/замочной скважиной
Выполнение процесса в режиме сварки с замочной скважиной (глубокое проплавление) создает глубокие, узкие швы с однородной структурой. Для металлов применяется плотность мощности около 1 мегаватта на квадратный сантиметр. Это не только плавит металл, но и испаряет его, создавая узкую полость, заполненную паром.
Это называется полостью замочной скважины или паровым капилляром, и она заполняется расплавленным металлом по мере прохождения лазерного луча через заготовку. Сварка в замочную скважину является высокоскоростным процессом, поэтому деформация и образование околошовной зоны сведены к минимуму.
Процесс лазерной сварки
Автоматизированная лазерная сварка
Лазерная сварка работает по принципу использования лазера с высокой плотностью мощности для фокусировки тепловой энергии на стык между поверхностями двух металлических деталей. Материал плавится в месте соединения и позволяет сплавлять металлы по мере затвердевания.
Лазерная сварка обычно выполняется сварочными роботами, которые могут точно подавать большое количество энергии на высоких скоростях, процесс управляется через гибкие оптические волокна. Это приводит к расплавлению достаточного количества металла в соединении, создавая узкие сварные швы с минимальной деформацией. Ручные системы лазерной сварки, по-видимому, представляют собой прекрасную альтернативу громоздким промышленным машинам, но безопасность этих аппаратов ставится под сомнение.
Процесс сварки можно проводить в атмосферных условиях, но для более реакционноспособных материалов рекомендуется использовать защитный газ, чтобы исключить риск загрязнения шва. Подобно электронно-лучевой сварке, лазерную сварку можно проводить в вакууме, но это не считается экономически целесообразным. Так, лазерные сварочные аппараты оснащены газовыми соплами, которые подают инертный газ в зону сварки.
Во многих случаях лазерная сварка выполняется без необходимости в дополнительном присадочном материале. Однако для некоторых сложных материалов требуется присадка для получения удовлетворительных сварных швов. Добавление присадочного материала улучшает профиль сварного шва, уменьшает растрескивание при затвердевании, улучшает механические свойства сварного шва и обеспечивает более точную подгонку шва. Присадочный материал может поставляться в виде порошка или в виде присадочной проволоки, но, поскольку порошки, как правило, дороже для большинства материалов, более распространено использование проволоки.
Три наиболее распространенных типа соединений, используемых при лазерной сварке, — это сварка встык, сварка краевых фланцев, сварка внахлёстку.
Лазерная сварка может выполняться на различных металлах, включая низкоуглеродистую сталь, нержавеющую сталь, алюминий, титан и т. д. Она также может сплавлять материалы, которые не так широко распространены, как вышеупомянутые, такие как ковар и комбинации материалов, которые считаются непростыми для сварки, таких как медь, медь-алюминий и т. д. Сварка высокоуглеродистых сталей, как правило, не рекомендуется из-за высокой скорости охлаждения, которая может вызвать трещины.
Лазерная сварка работает по принципу использования лазера с высокой плотностью мощности для фокусировки тепловой энергии на стык между поверхностями двух металлических деталей. Материал плавится в месте соединения и позволяет сплавлять металлы по мере затвердевания.
Лазерная сварка обычно выполняется сварочными роботами, которые могут точно подавать большое количество энергии на высоких скоростях, процесс управляется через гибкие оптические волокна. Это приводит к расплавлению достаточного количества металла в соединении, создавая узкие сварные швы с минимальной деформацией. Ручные системы лазерной сварки, по-видимому, представляют собой прекрасную альтернативу громоздким промышленным машинам, но безопасность этих аппаратов ставится под сомнение.
Процесс сварки можно проводить в атмосферных условиях, но для более реакционноспособных материалов рекомендуется использовать защитный газ, чтобы исключить риск загрязнения шва. Подобно электронно-лучевой сварке, лазерную сварку можно проводить в вакууме, но это не считается экономически целесообразным. Так, лазерные сварочные аппараты оснащены газовыми соплами, которые подают инертный газ в зону сварки.
Во многих случаях лазерная сварка выполняется без необходимости в дополнительном присадочном материале. Однако для некоторых сложных материалов требуется присадка для получения удовлетворительных сварных швов. Добавление присадочного материала улучшает профиль сварного шва, уменьшает растрескивание при затвердевании, улучшает механические свойства сварного шва и обеспечивает более точную подгонку шва. Присадочный материал может поставляться в виде порошка или в виде присадочной проволоки, но, поскольку порошки, как правило, дороже для большинства материалов, более распространено использование проволоки.
Три наиболее распространенных типа соединений, используемых при лазерной сварке, — это сварка встык, сварка краевых фланцев, сварка внахлёстку.
Лазерная сварка может выполняться на различных металлах, включая низкоуглеродистую сталь, нержавеющую сталь, алюминий, титан и т. д. Она также может сплавлять материалы, которые не так широко распространены, как вышеупомянутые, такие как ковар и комбинации материалов, которые считаются непростыми для сварки, таких как медь, медь-алюминий и т. д. Сварка высокоуглеродистых сталей, как правило, не рекомендуется из-за высокой скорости охлаждения, которая может вызвать трещины.
Типы лазеров
Для процесса сварки используются четыре основных типа лазерных сварочных аппаратов:
✅ Газовый лазер (CO2).
Источник энергии СО2-лазера представляет собой смесь газов, основным компонентом которой является СО2 наряду с азотом и гелием. Эти лазеры могут работать в непрерывном или импульсном режиме при малом токе и высоком напряжении для возбуждения молекул газа. Углекислотные лазеры также используются в особых случаях, например, при двухлучевой лазерной сварке, при которой два луча создаются и располагаются либо тандемно, либо бок о бок.
✅ Твердотельный лазер.
Твердотельные лазеры используют технологию с диодной накачкой (DPSS) для накачки таких кристаллов, как рубин, стекло или иттрий, алюминий и гранат (YAG) или кристалл ванадата иттрия (YVO4), с помощью диода для получения лазерных лучей. Эти лазеры работают либо в режиме непрерывной волны, либо в режиме импульсного луча. Импульсный режим производит соединения, подобные точечной сварке, но с полным проплавлением. У этих лазеров есть свои недостатки по сравнению с современными волоконными лазерами, но мы не можем отрицать, что твердотельные лазеры по-прежнему обладают превосходной стабильностью луча и качеством наряду с высокой эффективностью.
✅ Полупроводниковые лазеры также находятся в твердом состоянии, но обычно считаются отдельным классом от твердотельных лазеров. Эти лазеры используются только для более дешевых и небольших проектов. Но их иногда используют при сварке в труднодоступных местах, так как оборудование более компактно. Качество луча намного хуже по сравнению с другими типами лазеров, поэтому он не так распространен в промышленных условиях.
✅ Волоконный лазер.
Волоконные лазеры — это новый тип твердотельных лазеров, которые обеспечивают большую мощность, лучшее качество и более безопасную работу. В волоконных лазерах лазерный луч создается, когда волокно поглощает необработанный свет от лазерных диодов накачки. Для достижения этого преобразования оптическое волокно легируют редкоземельным элементом. Используя различные легирующие элементы, можно создавать лазерные лучи с широким диапазоном длин волн, что делает волоконные лазеры идеальными для различных применений, включая лазерную сварку и резку. Тем не менее, стоит отметить, что стандартная лазерная режущая головка не может использоваться для сварки, а лазерная сварочная головка не обеспечивает скорость резки и качество, требуемые в большинстве промышленных операций.
Преимущества лазерной сварки
✅ Отличное качество благодаря низкому подводу тепла и точному контролю мощности лазера.
✅ Процесс выполняется быстро, что позволяет снизить удельные затраты.
✅ Большая глубина сварки обеспечивает высокую прочность сварных швов.
✅ Позволяет сваривать комбинации материалов, которые нельзя соединить другими методами.
✅ Простое сварочное оборудование позволяет выполнять сварку в особых условиях.
Недостатки лазерной сварки
✅ Высокие начальные инвестиции
✅ Строгие допуски требуют идеальной сборки заготовки и калибровки лазера.
✅ Материалы с высокой отражательной способностью и проводимостью (алюминий и медь) могут создавать проблемы при сварке (в случае Co2-лазеров).
✅ Пористость и хрупкость могут быть результатом быстрого затвердевания.
✅ Лазерная оптика довольно хрупкая и ее легко повредить.
✅ Газовый лазер (CO2).
Источник энергии СО2-лазера представляет собой смесь газов, основным компонентом которой является СО2 наряду с азотом и гелием. Эти лазеры могут работать в непрерывном или импульсном режиме при малом токе и высоком напряжении для возбуждения молекул газа. Углекислотные лазеры также используются в особых случаях, например, при двухлучевой лазерной сварке, при которой два луча создаются и располагаются либо тандемно, либо бок о бок.
✅ Твердотельный лазер.
Твердотельные лазеры используют технологию с диодной накачкой (DPSS) для накачки таких кристаллов, как рубин, стекло или иттрий, алюминий и гранат (YAG) или кристалл ванадата иттрия (YVO4), с помощью диода для получения лазерных лучей. Эти лазеры работают либо в режиме непрерывной волны, либо в режиме импульсного луча. Импульсный режим производит соединения, подобные точечной сварке, но с полным проплавлением. У этих лазеров есть свои недостатки по сравнению с современными волоконными лазерами, но мы не можем отрицать, что твердотельные лазеры по-прежнему обладают превосходной стабильностью луча и качеством наряду с высокой эффективностью.
✅ Полупроводниковые лазеры также находятся в твердом состоянии, но обычно считаются отдельным классом от твердотельных лазеров. Эти лазеры используются только для более дешевых и небольших проектов. Но их иногда используют при сварке в труднодоступных местах, так как оборудование более компактно. Качество луча намного хуже по сравнению с другими типами лазеров, поэтому он не так распространен в промышленных условиях.
✅ Волоконный лазер.
Волоконные лазеры — это новый тип твердотельных лазеров, которые обеспечивают большую мощность, лучшее качество и более безопасную работу. В волоконных лазерах лазерный луч создается, когда волокно поглощает необработанный свет от лазерных диодов накачки. Для достижения этого преобразования оптическое волокно легируют редкоземельным элементом. Используя различные легирующие элементы, можно создавать лазерные лучи с широким диапазоном длин волн, что делает волоконные лазеры идеальными для различных применений, включая лазерную сварку и резку. Тем не менее, стоит отметить, что стандартная лазерная режущая головка не может использоваться для сварки, а лазерная сварочная головка не обеспечивает скорость резки и качество, требуемые в большинстве промышленных операций.
Преимущества лазерной сварки
✅ Отличное качество благодаря низкому подводу тепла и точному контролю мощности лазера.
✅ Процесс выполняется быстро, что позволяет снизить удельные затраты.
✅ Большая глубина сварки обеспечивает высокую прочность сварных швов.
✅ Позволяет сваривать комбинации материалов, которые нельзя соединить другими методами.
✅ Простое сварочное оборудование позволяет выполнять сварку в особых условиях.
Недостатки лазерной сварки
✅ Высокие начальные инвестиции
✅ Строгие допуски требуют идеальной сборки заготовки и калибровки лазера.
✅ Материалы с высокой отражательной способностью и проводимостью (алюминий и медь) могут создавать проблемы при сварке (в случае Co2-лазеров).
✅ Пористость и хрупкость могут быть результатом быстрого затвердевания.
✅ Лазерная оптика довольно хрупкая и ее легко повредить.
Лазерно-гибридная сварка
Лазерно-гибридная сварка сочетает в себе понятия электрической дуги и лазерного луча. Они одновременно действуют в одной и той же зоне сварки, дополняя друг друга и создавая уникальный сварочный процесс. Хотя лазерную сварку можно использовать в сочетании практически с любым процессом дуговой сварки, некоторые из них выделяются и используются чаще.
Различают три основных типа лазерно-гибридной сварки:
✅ Расширенная сварка MIG (часто синоним лазерно-гибридной сварки);
✅ Расширенная сварка TIG;
✅ Плазменно-дуговая сварка;
Гибридный процесс сварки обеспечивает глубокое проплавление, создаваемое лазерной сваркой, и профиль сварного шва, сравнимый с процессами дуговой сварки. Использование защитных газов и других расходных материалов для дуговой сварки обеспечивает больший контроль над характеристиками сварки, чем лазерная сварка сама по себе. Лазерно-гибридная сварка, безусловно, является процессом, который находится на подъеме и в будущем будет все больше и больше использоваться в судостроении, ж/д, автомобильной промышленности и крупномасштабных проектах по сварке труб.
Различают три основных типа лазерно-гибридной сварки:
✅ Расширенная сварка MIG (часто синоним лазерно-гибридной сварки);
✅ Расширенная сварка TIG;
✅ Плазменно-дуговая сварка;
Гибридный процесс сварки обеспечивает глубокое проплавление, создаваемое лазерной сваркой, и профиль сварного шва, сравнимый с процессами дуговой сварки. Использование защитных газов и других расходных материалов для дуговой сварки обеспечивает больший контроль над характеристиками сварки, чем лазерная сварка сама по себе. Лазерно-гибридная сварка, безусловно, является процессом, который находится на подъеме и в будущем будет все больше и больше использоваться в судостроении, ж/д, автомобильной промышленности и крупномасштабных проектах по сварке труб.
КОНТАКТЫ
zakaz@ltm-tech.ru
Адрес производства:
188230, РОССИЯ, Ленинградская обл., Лужский р-н,
г. Луга, Шоссе Ленинградское, д. 36
РЕКВИЗИТЫ:
Общество с ограниченной ответственностью "ЛТМЕТАЛЛ"
МЕТАЛЛООБРАБОТКА
ИНН 4710014460
ОГРН 1204700013022
