Эксперты в области
металлобработки

Лазерная сварка металла

Соединение металлических деталей и фрагментов является непростой задачей, так как в ряде ситуаций требуется особая точность и аккуратность. Чтобы выполнить такую работу, чаще всего необходима лазерная сварка. Этот метод используется при сложной конструкции объекта обработки и наличии замысловатых мест соприкосновения элементов, которые должны быть объединены. 

Помимо этого лазерный тип технологии обладает рядом неоспоримых преимуществ перед своими аналогами, среди которых можно выделить высокую эстетичность готовых швов, гладкость поверхности после обработки и возможность соединения непростых конфигураций. Метод может применяться в работе с такими металлами как: нержавеющая сталь, алюминий, серебро. Также аппараты применяются для изделий из стекла и пластмассы, что значительно облегчает масштабные производственные процессы. 

По сравнению с другими видами сварки металлов данная технология обладает своими особенностями, а потому рассмотрим подробней характерные черты и параметры процедуры. 

Характеристика процесса

Лазерную технологию изобрели сравнительно недавно, однако она уже успела обрести высокую популярность и востребованность. Ее применяют во многих промышленных отраслях для обеспечения прочного неразъемного соединения. Осуществляется работа при помощи специализированного оснащения, благодаря которому достигается высокая точность, достаточная производительность и идеальное качество спайки.  

Металл нагревается и плавится в рабочей зоне за счет воздействия на него лазерного пучка света. Поток, генерируемый устройством, характеризуется монохромностью, то есть все лучи обладают одинаковой длинной волны. Благодаря этому контроль над пучком осуществлять достаточно просто. Обеспечивается это при участии фокусирования линз и отклонений призм. По сути, в приборе наблюдается волновой резонанс, который усиливает изначальный лазерный поток. Таким образом, тонкий мощный луч воздействует строго на указанную зону, что делает шов тонким, аккуратным и не портит вид, форму и качество прилегающих зон.

При проведении сварки лазером может применяться разная техника: полуавтоматические, автоматические и роботизированные аппараты. Однако принцип действия у них идентичен: пучок света нагревает и расплавляет область металла, на которую направлен, а после спайка затвердевает и становится прочной, целостной и надежной. 

Технология соединения

Лазерный процесс сварки базируется на нескольких основных принципах работы технологии:

За счет этого мощность потока увеличивается, и он обеспечивает точность плавления, его равномерность и, соответственно, аккуратность результата. Аппарат может располагаться на расстоянии от поверхности металла, а в самой области соединения вакуум не нужен вовсе.

Саму технологию условно можно поделить на процессы, так как это поможет понять суть метода. Этапы лазерной сварки:

  1. Детали, которые нужно соединить плотно прижимаются друг другу по выбранной технике (внахлест, стык в стык, тавровым или угловым путем). При этом прилегание проходит вдоль будущего шва.

  2. На зону спайки наводится луч.

  3. Техника запускается и в процессе активации генератора происходит равномерный нагрев поверхности, после его плавление и испарение мельчайших частиц по краям соединения. 

Для сварки по этой технологии характерно то, что пучок имеет небольшие габариты. За счет этого в месте стыка сплав заливается во все микро зазоры и трещины. Так получается гладкий и очень прочный шов без пробелов, воздушных камер или прочих недостатков. 

При этом важно отметить, что плотность обработанного места очень высока, а пористость отсутствует вовсе. Это и отличает методику от аналогов и делает ее более востребованной на производствах, металлопрокатах и в прочих отраслях промышленности.  

Для лазерного пучка характерна высокая скорость перемещения во время работы. Это предусмотрено для того, чтобы исключить процесс окисления сплава. С помощью такого оснащения доступно делать два типа соединения – цельное и прерывистое. Первый вид используется для сварки нержавеющих труб, так как для них важна герметичность соединения ввиду направлений применения. Второй тип характерен для стыковки небольших конструкций, для которых не нужна целостность по всему периметру прилегания деталей.    

Сама технология лазерной сварки не подразумевает применение вакуума, поэтому для ее проведения подойдут обычные условия. Как правило, для защиты процесса подключается газ аргон, однако при контакте пучка и поверхности спайки происходит испарение частиц металлических фрагментов. При такой ситуации может произойти так, что лазерный пучок будет преломляться и нарушит шов, прилегающие зоны. Поэтому, чтобы этого не случилось, в зону работы подается гелий, способный подавить подобные реакции. Поток углубляется в место соединения, создавая из них гладкий шов. По такой технологии лазерной сварки доступно добиться тонкости припоя и полной автоматизации мероприятия без прямого участия человека. 

Направления использования технологии

Лазерная сварка является прогрессивной методикой, а потому широко применяется для выполнения соединений в таких областях как:

  1. Атомная промышленность. В этой отрасли технология востребована для соединения прецизионных элементов, датчиков, а также для обеспечения очень прочного, тонкого шва без искажения формы поверхности.

  2. Машиностроительная отрасль. В этом направлении лазерную методику используют для стыковки листов металлов при производстве больших конструкций с тонкими стенками из нержавейки. Также ее применяют при создании чугунных форм высокой прочности.

  3. Электроника, радиоэлектроника. Оборудование необходимо для аккуратного соединения разных сплавов.

Помимо этого лазерный луч востребован при объединении в одном изделии нескольких видов материала, как металлических, так и элементов из керамики, пластмассы.

Популярен метод при стыковке легированных сталей, алюминия, титана, нержавеющих сплавов, так как поток способен плавить поверхность толщиной от 1 мм до 10 мм. То есть лазерную сварку можно использовать как по отношению к тонкостенным элементам, так и более крупные пласты.

За счет способности аппаратуры создавать тонкие и прочные соединения, ее применяют в ювелирной индустрии при ремонте украшений, а также для создания оправ очков. В этих целях приобретают настольные модели устройств, которые обладают небольшими габаритами и могут обеспечивать точечную сварку.  

В промышленных отраслях установки популярны при сборке автомобильных деталей, сборке труб, устойчивых к коррозии. Для этого предприятия оснащаются мощными и крупными приборами, способными непрерывно обрабатывать толстые пласты металлов. 

Помимо этого лазерные устройства предназначаются для выполнения нестандартных задач. Например, если куски нарезаны неровно или необходимо наложить фигурный шов, то при участии шаблона доступно в точности повторить все изгибы и прочно соединить фрагменты. При этом происходит полная автоматизация процесса, минимизация человеческого вмешательства и снижение рисков на возникновение ошибки. 

Преимущества и недостатки

Для лазерной сварки характерен ряд качеств, которые сделали методику такой популярной и востребованной для многих производственных задач. Конечно, как и любой технологический процесс, она имеет свои недостатки, однако стоит ознакомиться со всеми аспектами применения технологии.

К плюсам можно отнести:

Благодаря всем вышеперечисленным факторам методика обрела такую популярность и востребованность во многих спектрах деятельности. Однако, несмотря на внушительный перечень положительных параметров применения лазерной сварки металлов, существует ряд минусов технологии, которые нельзя не учитывать при выборе типа технологического процесса.

К негативным качествам относят:

Только взвесив все за и против лазерной сварки, целесообразно принимать решение о ее использовании. Ввиду обширного перечня достоинств методики дальновидным решением будет воспользоваться услугами специализированного предприятия, специализирующегося на обработке металлов, для исполнения ими нужных процедур по обработке. 

Условия и способы соединения

Лазерную технологию следует осуществлять в соответствии с определенными особенностями. Для получения высокой мощности потока нужна его точная направленность. Когда показатели интенсивности луча становятся выше максимального порога, то он проходит через центральную часть переднего зеркала и систему призм к рабочей зоне.

Процедура с нержавеющей сталью или любыми другими металлами может проводиться при разном нахождении свариваемых сторон, так как глубина расплавления структуры настраивается в широком диапазоне и может быть поверхностной или сквозной. Также соединение проводиться непрерывным потоком или прерывистыми подачами в зависимости от поставленных целей перед результатом сварки. Например, импульсная стыковка подходит для деталей из тонких листов сплава и может хорошо скреплять профили сложной конфигурации или элементы большой толщины.  

Помимо этого существует несколько основных методов лазерной сварки алюминия, меди, нержавеющей стали и других металлов:

  1. Стыковой. Обрабатываемые детали прикладываются друг к другу местами будущей пайки с зазором не более 0,2 мм. После нагрева потоком стыки двух сторон соединяются прочным гладким швом, а цельное изделие остается ровным, без ступеней и зазоров.

  2. Внахлест. Для такой сварки листы накладываются один поверх второго так, чтобы был нахлест. При этом детали плотно прижимаются друг к другу и обрабатываются потоком высокой мощности. В результате получается прочно собранный элемент с аккуратным соединением вдоль зон прилегающих листов.  

В независимости от того, какой способ соединения будет выбран, лазерная сварка обеспечивает прочность стыка и отсутствие пористости или неровности шва. 

Типы лазеров

Лазерная сварка металла, а именно алюминия, меди, нержавеющей стали или комбинированных сплавов может поводиться под различными видами потока. Оснащение бывает нескольких типов и каждый из них выбирается исходя из поставленных целей. Так можно выделить такие разновидности лазерного источника:

  1. Твердотельный. Проводиться процесс при участии рубинового стержня, который может быть изготовлен из стекла и неодима. Располагается этот механизм в осветительном отсеке. Когда в камеру поступает свет с определенной частотой, в элементе происходит возбуждение частиц. Вследствие этого наблюдается излучение потока с равной длиной волн. Мощность такого оснащения составляет от 1 до 6 кВт.  

  2. Газовый. Лазерное оборудование данного типа являются более сильными по мощности приборами, в которых в качестве активатора используется смесь газов. При своей производительности такую сварку применяют для титана, меди, алюминия, нержавейки, однако процесс имеет свои особенности. К ним можно отнести наличие газоразрядной трубы со специальными зеркалами, охлаждения лазерных устройств с помощью водяной системы, большие размеры установок.

  3. Газодинамический. Обладает высокой мощностью лазерной сварки и имеет в качестве активного компонента окись углерода, которая нагревается до 3000 К и протекает через сопло. На выходе давление падает и газ охлаждается. 

Тип лазерного излучателя подбирается исходя их особенностей обрабатываемых деталей и металла, поставленных задач и установленной платки результата сварки. 

Особенности соединения тонкостенных фрагментов

Перед тем, как выполнять спаечные работы, целесообразно оценить все особенности материалов. Это поможет выбрать оптимальный метод, который не будет чересчур затратным и лучше всего подойдет для выполнения задачи. Для сварки лазером тонкостенных металлов используются твердотельные типы установок и аппараты на базе газовых смесей. Как правило, первый способ является более популярным и предпочтительным у мастеров. Это объясняется тем, что такое оснащение подходит для работ по сварке с миниатюрными элементами, а тонкостенными изделиями как раз часто являются деталями микроэлектроники. 

Соединяются фрагменты точечно с использованием твердотельного лазерного оснащения, которое подходит для изделий с диаметром точки 0,5-0,9 мм. Спайка проводиться на минимальной мощности, а при импульсной подаче потока сокращается длительность воздействия. Если был выбран сплошной тип сварки, то для получения качественного результата увеличивают скорость перемещения лазерного источника, чтобы он равномерно плавил металлическое основание и не деформировал тонкие стенки детали. 

Возможные дефекты

При лазерной сварке часто на производствах проводятся испытания оборудования, в ходе которых регулируются настройки его работы и тем самым исключаются ситуации возникновения недостатков. Однако, как и в любом технологическом процессе не исключены риски появления ряда распространенных дефектов. Некорректная лазерная сварка может привести к:

Такие ситуации характерны при нарушениях правил технологии применения лазерной установки. Именно поэтому работник должен учитывать все особенности обрабатываемого материала и точно выставлять настройки. Только тогда лазерная сварка даст качественный результат. Однако при этом не стоит забывать о тщательном контроле процесса и слежении за траекторией передвижения потока.

У нас так же производится гибка металла и лазерная резка металла

Заявка на расчет