возврат на главную
технологи
сварки Лазером. общее описание.
Луч лазера гарантирует высшее сосредоточение энергии (до 10^8 Вт/см2), благодаря способности его фокусировки в точку поперечником в несколько микрометров. Таковое сосредоточение существенно больше нежели, например, у дуги. Сопоставимым сосредоточиванием энергии владеет электронный луч (до 10^б Вт/см2). Но электронно-лучевая сварка выполняется только в вакуумных камерах - это нужно для стабильного проведения процесса, сварка же лазером не нуждается в вакууме, что делает тех. процессы более простыми и быстрыми. Процесс сварки лазером выполняется или в открытой атмосфере, или в среде защитных и инертных газов: Аr, Не, СО2 и др. Луч лазера, так же как и электронный весьма легко отклоняется и передаётся посредством оптических систем. Чтобы сварить металлы применяются газовые и твердотельные лазеры как непрерывного, так и периодического воздействия.
По причине высочайшего сосредоточения энергии лазерного излучения в процессе сварки гарантируется миниатюрный размер металлического расплава, незначительные габариты пятнышка нагрева, высочайшие скорости разогрева и остывания металлического шва и околошовной зоны. Данные особенности теплового действия предопределяют малые смещения свариваемых конструкций, специфику физико-хим и металлургических процессов в металле шва, высокую технологическую и конструктивную прочность свариваемых соединений. Сварка лазером выполняется в режимах с широкими пределами, обеспечивающих процесс высокой производительности соединения разных материалов толщиной от нескольких микрометров до 10-ов мм. Обилие способов и методов сварки лазером затрудняет разработку определенного технологического процесса.
Процесс сваривания металлов лазерным излучением очень труден и в настоящее время отсутствует теоретическая расчетная модель, обрисовывающая его во всей полноте. Обычно, расчеты касаются какой-нибудь одной из физических характеристик процесса действия лазерного излучения на материал, подвергаемый обработке.
Точечная сварка распространилась с первых дней выхода в свет импульсных твердотельных лазеров для осуществления неразъемных соединений в электронике и приборостроении. Точечной сваркой соединяются материалы из тонкого листа (при толщине 0,5...2,0 мм), проволока поперечником от 10 до 500 мкм, проволока к подложке, тонкие листы с массивным деталям (рис. 2.12). Габариты сварочной ванны, которыми определяется прочность сварного соединения, находятся в зависимости прежде всего от продолжительности лазерного импульса и его энергии. Не считая этого, габариты сварочной ванны находятся в зависимости от коэффициента теплопроводимости материала (для более теплопроводной меди величина сварочной ванны более меньшая, нежели у сталей) При точечной сварке импульсным излучением в зависимости от разновидности металлов, подвергаемых сварке, используется пределы плотности энергии излучения q = 105...106 Вт/см2 и пределы длительности импульсов tauимп. = 2...10 мс. При этом диаметр сварных точек получается D = 0,1..1,2 мм, а глубина проплавления h = 0,0З...1,3 мм. Производительная способность точечной сварки определяется частотой генерации импульсов f, скоростью движения луча (детали), в производственном процессе, который хорошо налажен может достигаться скорость до 200 сварных точек в секунду. Шовная сварка дает прочное механическое соединение, высокую герметичность сварочного шва.
Шовная сварка выполняется как посредством импульсного излучения с высокой частотой генерации импульсов, так и посредством непрерывного излучения. Сварка непрерывным излучением дает возможность сваривать детали с толстыми стенками. Некоторые разновидности соединений, выполняемых шовной лазерной сваркой, показаны на рис.-фото. Главными критериями процесса шовной импульсной и непрерывной сварки, характеризующими качество свариваемого соединения, являются: энергия импульса Е, продолжительность действия лазерного излучения на материал, подвергаемый обработке tauимп., диаметр сфокусированного излучения d, частота следования импульсов (для ИПР) f и расположение фокальной плоскости лазерного луча относительно поверхности деталей, подвергаемых сварке F. Все характеристики традиционно определяются опытно, в зависимости от требований тех. процесса. Примерно, tи =10-4...10-2 d = 0.05... 1 мм, средняя скорость сварки - до 5 мм/с, f - до 20 Гц.
Качество сплава сварных соединений, произведенных непрерывным лазерным излучением в сравнении с классическими типами сварки очень высокое. Обычно, в данном случае механические характеристики металлического шва превосходят характеристики основного металла в начальном исходном состоянии. Поднятие механических свойств увязано с получением мелкозернистой текстуры переплавляемого металла и металлургическим очищением и дегазацией расплава сварочной ванны при лазерном действии.
Сварка лазером с глубоким проплавлением.
Отличается в принципе от сварки с неглубоким проплавлением, тем, что при получении сварочного соединения появляется газовый канал, по которому поднимается испаренный металл. Зона провара имеет форму вытянутости, шов узкий, глубокий.
Защита при лазерной сварке.
Для защиты шва используются газы аргон и гелий, кроме защиты они дают более эффективное проплавление, изменяя характеристики возникающей плазмы, убыстряют выход газов, испаряемого металла. Можно достигнуть значительного роста глубины проплавления, однако качество шва, при высоком расходе газа, ухудшается, возникают поры. Увеличения эффективности сварки можно достигнуть и использованием дополнительного нагревательного источника. В качестве такового источника имеет возможность быть применена, к примеру, электрическая дуга, подведенная с любой стороны шва. Возрастает глубина проплавления, скорость резки. При подведении дуги, сравнимой по силе с лазером быстрота проплавления возрастает в 4 раза.
Плюсы лазерной сварки:
1) В отличие от сварки электронным лучом, можно обойтись без вакуумной камеры, отсутствует рентгеновское излучение, на луч не воздействуют магнитные поля, также возможна сварка магнитных материалов, к тому же, сварка лазером дешевле, нежели сварка электронным лучом;
2) Пятнышко нагрева совсем мало, при большой глубине проплавления и как следствие малы деформационные смещения деталей сварки, высокая точность, высочайшее качество сварного шва;
3) Процесс бесконтактен - и как следствие возможна сварка в местах с трудным доступом, возможность осуществления сварки через прозрачные материалы, в жидких прозрачных средах;
4) Имеется возможность в гибкой, широкой наладке процесса, без надобности замены оснастки, легкое передвижение луча по поверхности свариваемых деталей и по любой траектории;