Сварка лазером

Робот выполняет дистанционную лазерную сварку.

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

Лазерная сварка применяется для сварки радиоэлектронике и электронной технике, она позволяет материалы с толщинами от нескольких микрометров до десятков миллиметров.

История

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

К 2019 г. разработан метод сварки стекла с металлом, при помощи пикосекундного лазера.

Принцип работы

Сущность лазерного процесса сварки состоит в следующем: лазерное излучение направляется в фокусирующую систему, где фокусируется в пучок меньшего сечения и попадает на свариваемые детали, где частично отражается, частично проникает внутрь материала, где поглощается, нагревает и расплавляет металл, формируя сварной шов.

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. При сварке изделий малых толщин от 0,05 до 1,0 мм сварка проходит с расфокусировкой лазерного луча.

Лазерную сварку производят сквозным и частичным проплавлением в любом пространственном положении. Сварка проводится непрерывным или импульсным излучением. При импульсном лазерном излучении сварной шов образуется сварными точками, их перекрытием на 30—90 %.

Лазерная сварка разделяется на три вида: микросварка (толщина или глубина проплавления до 100 мкм), мини-сварка (глубина проплавления от 0,1 до 1 мм) и макросварка (глубина проплавления более 1 мм).

Современные сварочные установки с твердотельными лазерами проводят шовную сварку со скоростью до 5 мм/с с частотой импульсов около 20 Гц. Сварку проводят с использованием присадочных материалов (проволока диаметром около 1,5 мм, лента или порошок); присадка увеличивает сечение сварного шва.

Преимущества

• возможность сварки высокоточных конструкций;
• сварка без правок или механической обработки;
• высокая скорость сварки и производительность работ (стальной лист толщиной 20 мм электрической дугой сваривают со скоростью 15 м/ч за 5 - 8 проходов, при сварке непрерывным лазерным лучом лист сваривается со скоростью 100 м/ч за 1);
• высокая экологическая безопасность по сравнению с традиционной сваркой;
• минимальные температурные поводки и коробление металла (в сравнении с другими методами);
• хороший внешний вид, что важно, например, при сварке автомобильных кузовов.

Недостатки

• высокая стоимость лазерных установок;
• низкий КПД (0,01—15,0 %).

Оборудование

В состав оборудования для лазерной сварки входит лазер, системы фокусировки излучения, газовой защиты изделия, перемещения луча и изделия.

В сварке используют твердотельные и газовые лазеры. Твердотельные лазеры выполняют на основе рубина, стекла с присадкой ионов неодима, алюмоиттриевого граната (АИГ) с неодимом, а также на базе иттербиевого волокна. Газовые лазеры - в качестве рабочего тела используют смесь СO₂, N₂ и Не.

Российская промышленность выпускает лазерные установки LRS-100-500 HTS-200-500 ЛГТ-2.01, ТЛ-5М, МУЛ-1, ЛТА4-1, ЛТА4-2, установки серии ALFA и ALFA-AUTO. Установки позволяют проводить полуавтоматическую сварку в импульсном режиме с микропроцессорным управлением.

Литература

Техническая литература:

• Николаев Г. А. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. — М.: Машиностроение, 1978 (1-4 т).
• Блащук, В. Е. Металл и сварка: учебное пособие / В.Е. Блащук ; 3-е изд., перераб. и доп. - Москва : Стройиздат, 2006. - 144с.
• Малащенко А. А. Лазерная сварка металлов. М.: Машиностроение, 1984, 47 с.
• Григорьянц А. Г. Лазерная сварка металлов. М.: "Высшая школа", 1988. — 207 с