Как работает лазерная сварка

Лазерная сварка металлических изделий – довольно новое изобретение в мире технологий. Она появилась в середине 60-х годов и прочно вошла в технологические карты современного производства. При этом до сих пор у многих существует ошибочное мнение о том, что такое лазерная сварка и что она из себя представляет. 

Рассмотрим подробнее принцип работы сварки лазером, какие лазеры используют для сварки металлов, где применяют этот способ соединения металлов и как сегодня развивается метод.

Принцип работы сварки лазером

Принцип действия лазерной сварки металлов был сформулирован в 1964 году, а в 1967 году был собран и запущен первый аппарат промышленной сварки. Параллельно в США и СССР разрабатывались и совершенствовались собственные методы получения лазерного луча, в соответствии с которыми формировались концепции применения данного типа сварки – твердотельная и газовая. 

Для точного определения, что это такое, лазерная сварка, необходимо начать с физических основ. С появлением квантовой теории и теории черного тела (М. Планк, 1900 год) были заложены теоретические основы работы с потоком света. В 1951 году ученый Ч. Таунс из Колумбийского университета собрал и опробовал экспериментально усилитель микроволн («мазер», что является акронимом из английского названия принципа действия прибора). В основу его работы легло явление усиления волн сверхмалого диапазона, в результате которого появлялось и фокусировалось сильное излучение.

В 1954 году ученые из СССР Н. Басов и А. Прохоров получили первый лазер – сфокусированный луч света, полученный методом вынужденного излучения. 

В 60-е годы начался период промышленного использования лазеров для нужд большого производства. 

Конструкция лазерной сварки предполагает наличие следующих элементов:

  • Источник лазерной сварки в виде твердотельного минерала (неодим, гранат, рубин или другой) или газовой трубки, в которой находится смесь инертных газов (гелий, аргон, азот, углекислый газ). Деление лазерной сварки на газовый и твердотельный виды не влияет на качество сварного шва, выбор источника лазера в аппарате больше влияет на стоимость оборудования и конструкцию аппарата.
  • Система фокусировки луча из приемника на основе сплава алюминия и иттербия.
  • Контур газовой защиты, который воспринимает тепловую нагрузку луча и защищает сварщика от возможного воздействия вредных факторов. Газовый контур в некоторых видах сварки формирует также защитную область вокруг свариваемого изделия, что предотвращает образование окалины. Возможна лазерная сварка без газа: в таком случае защитное поле формируется из температурных газов, выделяемых расплавленными краями детали.   
  • Оборудование для формирования и доставки луча.

Температура лазерной сварки в моменте работы составляет около 25000 градусов Цельсия, что должно расплавить большую площадь детали и привести ее в негодность. Важной особенностью принципа работы лазера является кратковременность подачи источника высокой температуры – импульс. Современный лазер работает с частотой от 20 Гц, то есть, совершает 20 импульсов в секунду, что не приводит к перегреву поверхности рядом с местом шва. 

Еще одно важно отличие лазерной сварки от других видов – скорость лазерной сварки при сохранении качества шва намного выше. Обычная дуговая сварка обеспечивает скорость работы около 15 м/ч, а лазерная – около 100 м/ч. При указанных параметрах, изделия, выполненные методом лазерной сварки, получаются более надежными из-за глубокого кинжального проплавления, но не подвергаются сильным тепловым нагрузкам.           

Лазерная сварка - что это и где применяется

Рассмотрим технологический принцип работы лазерной сварки металлов, то есть как аппарат работает на практике. Вне зависимости от типа лазера процесс будет одинаковым, включая в себя:

  • Подготовку и размещение деталей.
  • Подготовку оборудования.
  • Взаимное позиционирование деталей с их подгонкой.
  • Непосредственно процесс сварки.
  • Контроль качества работ.

Что нужно для работы лазерной сварки? Аппарат данного типа может быть разных размеров. В промышленности для соединения больших конструкций применяют оборудование соответствующих габаритов и мощности, в быту и при необходимости перемещения применяются ручные аппараты небольших размеров. Они имеют вес около 60 кг и могут перемещаться по цеху на тележке силами одного человека.

Для настройки правильного режима нужно знать тип свариваемого металла, его толщину, вид шва и задачу сварки, выбрать параметры мощности лазера, тип излучения (постоянное или импульсное) амплитуду и частоту колебания луча. Внося параметры на пульте управления, оператор выбирает подходящий режим из предустановленных. На современном оборудовании, к примеру, аппарате ручной лазерной сварки LightWELD, есть возможность самостоятельно программировать новые режимы, что повышает качество работы. 

Предварительная подготовка изделия включает только (при необходимости) зачистку и взаимное позиционирование деталей без разделки кромки и шовной поверхности, в отличие от электросварки. 

Поскольку сам процесс ручной лазерной сварки включает только формирование шва ведением пистолета, то нет особых требований к квалификации сварщика. Нужно провести ровную линию и убедиться в полном заполнении пространства и отсутствии перегрева.

В технологическом плане сварка лазером решает следующие задачи:

  • Создание плотной структуры из свариваемых металлов.
  • Формирование надежного соединения.
  • Усиление прочности в местах поверхности соединения.

 Описание процесса лазерной сварки происходит обозначением на чертеже по ГОСТ EN 1011-6-2017, что дает возможность правильно понять, как и когда происходила лазерная сварка, по каким параметрам и кто ее контролировал.

Благодаря особенностям процесса, сферы, где применяется лазерная сварка, разнообразны, и могут представлять собой как промышленные, так и мелкосерийные производства, сферу ремонта. Ручная лазерная сварка используется даже в быту или для творчества (создание скульптуры из металла, кухонной утвари, предметов декора).

Область применения лазерной сварки включает в себя практически все виды промышленности:

  • Строительство и металлообработка.
  • Машиностроение.
  • Автомобилестроение, судостроение и авиация.
  • Космонавтика.
  • Приборостроение.
  • Ювелирное дело.

Популярные методы сварки лазером

Сварочное производство естественным образом совершенствуется и развивается, создаются новые технологии, улучшается оборудование. На сегодня можно выделить популярные методы соединения металлов по тому, как происходит сварка лазером:

  • Лазерная сварка непрерывным или импульсным лучом - по характеру формирования контактной поверхности луча.
  • Холодная и горячая (контактная) - по мере нагрева пятна контакта.
  • Внахлест или в стык – по схеме подгонки деталей.

Использование лазерной сварки в современном производстве позволяет быстро и качественно формировать любые сварные соединения высокой прочности без последующей обработки деталей, работать со всеми видами стали, алюминием, сплавами разных толщин.

«ИТЦ ЛазерТех» предлагает купить аппараты ручной лазерной сварки LightWELD – инновационное оборудование на основе уникального лазерного источника от компании IPG Photonics Corp. и оригинальной системы управления в компактном блоке. Эта новинка на рынке сварочного оборудования в России обладает несомненными преимуществами по сравнению с конкурентами, в том числе высокой скоростью сварки, идеальным швом, стабильными результатами при работе с широким диапазоном материалов и толщин. Эстетичность и высокопрочность соединений позволяет применять аппараты LightWELD как в быту, так и на производстве, а наличие более 50 режимов, возможность быстро переключаться между ними и регулировать мощность лазера упрощает обучение и эксплуатацию. 

Являясь производственной металлообрабатывающей компанией, мы постоянно применяем в работе аппараты LightWELD, поэтому изучили на практике все возможности данного сварочного оборудования и можем гарантировать его эффективность. Оказываем услуги по лазерной сварке и очистке металлов, а также проводим обучение операторов аппаратов ручной лазерной сварки LightWELD. Свяжитесь с нами, чтобы узнать больше – мы всегда рады поделиться опытом с коллегами и новичками!

Контакты

Связаться с нами

Нажимая кнопку Отправить, я даю свое согласие на обработку персональных данных