Лазерне зварювання металів являє собою робочий процес, при якому завдяки спрямованому променю відбувається нагрівання металу та його плавлення.
Характерною особливістю такої зварювання є те, що шов виходить невеликим по ширині, але глибоким.
Чому так відбувається? Бо металева поверхня знаходиться під високим температурним впливом, який обмежується по площі.
Крім тонких швів, лазерне зварювання також характеризується потужним випромінюванням і швидкістю обробки.
Зміст:
- Особливості та застосування
- Різновиди апаратів
- Імпульсні і безперервні лазери
- Особливості зварювання різних металів
- Ручне зварювання
Особливості та застосування
Поділ на технічні, технологічні і фізичні особливості зварювання металів прописано в ГОСТ 19521-74.
У свою чергу, характеристики фізичного характеру діляться по класах:
Лазерне зварювання також має свій ГОСТ, належить до першого класу.
Її особливості в більшій мірі залежать від особливостей лазерного променя, таких, як спрямованість, монохроматичність, когерентність.
Завдяки цьому промінь може концентруватися точково і обробляти невеликі за площею поверхні. З допомогою оптичних систем відбувається управління лазером.
Лазерне зварювання має деякі подібності зі зварюванням електронними променями, перед якою має певні переваги, наприклад, вакуумна середовище для більш ефективної роботи не створюється, а ціна робіт зварювання металу з допомогою лазера зіставляється з класичними способами.
Такий метод зварювання металів знайшов своє застосування в автомобільному виробництві, оскільки лазерне зварювання дозволяє економити матеріали, а також забезпечує герметичність алюмінієвого корпусу машини.
Також широко поширене зварювання труб лазером, завдяки своїй точності і забезпечення герметичності труб.
Зварювання труб зручно в тому плані, що установка лазерного зварювання може перебувати віддалено від безпосереднього місця з’єднання.
Найчастіше, лазер використовується для зварювання проблемних металів: нержавіючої сталі і алюмінію.
Тому що при зварюванні нержавіючих матеріалів і алюмінію відбувається їх швидке окислення, що надалі веде до утворення неякісних швів.
Лазерні промені не допускають подібних дефектів, оскільки відрізняються швидкістю обробки поверхні.
Зварювання лазером підрозділяється на точкове і шовні.
Точкове зварювання дозволяє обробляти навіть дуже дрібні деталі (менше 100 мкм), відповідає вимогам ГОСТ 28915-91. Точкова зварка застосовується в створенні електронної апаратури.
Відео:
Тонкі матеріали також зазнають саме таким методом зварювання, але при цьому необхідно виставити певні параметри для того, щоб плавлення нержавіючих сталей не було глибоким.
Точкове зварювання проводиться дуже швидко.
Шовна – класичний спосіб зварювання нержавіючих матеріалів, труб.
Як вже говорилося вище, шов при лазерній обробці виходить дуже акуратним і невеликим. Дефектність шва перевіряється по ГОСТ Р ИСО 5817-2009.
Обладнання, яке застосовується для зварювання труб, нержавіючої сталі та інших матеріалів, має свої різновиди й принципові відмінності.
Промислову зварювання труб див. на відео.
Різновиди апаратів
Для виконання роботи необхідний апарат лазерної зварки, який повинен відповідати вимогам ГОСТ.
В свою чергу він поділяється на два види: і твердотільний газовий:
- Твердотільний апарат лазерного зварювання відрізняється від газового довжиною випромінюваних хвиль, вони коротші, а потужність – слабкіше. Найчастіше зустрічається імпульсний режим роботи апарату, але іноді він буває імпульсним і безперервним. Робота протікає за наступною схемою: лазерне випромінювання відбувається зі скляного стрижня (твердотільного активного елемента). При цьому включається рубін, гранат алюмоиттриевый і неодим. Стрижень розташовується в спеціальній камері, яка освітлюється лампою накачування. Ця лампа створює світлові спалахи. Застосовують таке обладнання для обробки тонких електронних приладів, точкового зварювання матеріалів з фольги, наприклад, катодів кінескопа, які використовуються у виробництві телевізорів;
- Газове пристрій може працювати в безперервному або імпульсному режимах. Це більш потужне обладнання з високовольтними джерелами струму. Апарат з поперечним типом прокачування газу є компактним, при цьому дозволяє зварювати метали, товщина яких не перевищує 20 мм. Обладнання більш потужного типу – газодинамічне, де гарячі гази виступають в якості активного середовища.
Ціна таких апаратів дуже різниться, вона залежить від виробника, від конкретного типу обладнання, його розмірів та ін., але при цьому залишається дуже високою.
Імпульсні і безперервні лазери
Імпульсне лазерне зварювання відповідає вимогам ГОСТ 28915-91, застосовується частіше безперервної, оскільки при точковому впливі дає найкращий ефект.
Технологія полягає в скупченні великої кількості енергії і її впливі на предмет протягом короткого проміжку часу.
Такий метод зварювання широко застосовується при взаємодії з металами, які легко піддаються деформації, наприклад, при використанні нержавіючих матеріалів.
Відео:
При цьому лазер діє таким чином, що матеріал проплавляется тільки на поверхні, виключаючи наскрізні отвори.
Безперервна лазерне зварювання дозволяє робити суцільний шов, який може відрізнятися по глибині.
Ця технологія передбачає утворення парогазового каналу, який обробляє метали різної товщини, а зона проплавлення при цьому залишається вузькою.
Треба сказати, що потужність безперервного лазерного випромінювання записана в ГОСТ, повинна відповідати всім вимогам згідно цього документу.
Особливості зварювання різних металів
Зварювання сталей, алюмінію, титану має свої особливості, розглянемо детальніше.
Зварювання сталей передбачає обов’язкове очищення поверхні від корозії, окалини, вологи і іншого.
Це необхідно для того, щоб в процесі роботи не виникало пористості і оксидних сполук.
Іноді з-за неочищеної поверхні в самому шві можуть виникати холодні тріщини, при зварюванні сталевих труб це утворення не допустимо.
Відео:
Зачистка поверхні робиться з використанням нержавіючих щіток не тільки в тому місці, де буде розташовуватися шов, але ще і на прилеглій площі (10-15 см). Місце зварювання сталей необхідно знежирити.
Зварювання нержавіючих сталей внапуск не рекомендується через чутливості матеріалу до концентраторів напруги, тільки в стик.
Лазерне зварювання сталевих труб – справа непроста, тому виконувати його своїми руками не рекомендується, краще довірити його фахівцям.
Магнієві сплави і алюміній також має свої особливості.
Звичайна зварювання може супроводжуватися випаровуванням легуючих елементів і окисленням поверхні.
Поверхню матеріалів механічно обробляється, проходить травлення, а згодом освітлюється, промивається за допомогою гарячої води, а перед зварюванням зачищається шабером.
Магнієві сплави з’єднуються без використання підкладок.
З’єднання титану передбачає ряд складнощів:
- при високих температурах матеріал стає хімічно активною речовиною;
- коли температура при обробці титану починає перевищувати 330 градусів, тоді можна побачити зростання зерна;
- можуть виникати холодні тріщини в самому шві з-за високого рівня вмісту водню.
Всі перераховані труднощі можна уникнути при використанні лазерного зварювання титану.
Перед робочим процесом необхідно обробити поверхню титану: зачистити, можна використовувати для цього піскоструминну обробку, хімічно зацькувати, забезпечити згодом освітлення і промити.
Для створення якісного шва на поверхні титану необхідно обробити його гелієм. До зварюванні титану застосовується ГОСТ Р ІСО 5817-2009.
Ручне зварювання
Сьогодні можна придбати верстат лазерного зварювання, працювати на якому можна в домашніх умовах своїми руками.
Завдяки йому, можна своїми руками відремонтувати ювелірні вироби, підкоригувати оправу окулярів, обробити медичне обладнання, своїми руками зробити поверхневе ущільнення матеріалів, точкова спайка також має місце бути.
Зварювання лазером своїми руками передбачає більш швидке з’єднання матеріалів.
Відео:
При цьому необхідно враховувати, що лазер здатний випромінювати видимі і невидимі промені великої потужності.
Найчастіше, це невидимий інфрачервоний промінь, тому при роботі з апаратом необхідно дотримувати техніку безпеки.
Обладнання для з’єднання матеріалів лазером повинно бути оснащене кришками безпеки.
Процес лазерного зварювання див. на відео.