Лазерная сварка — это высокотехнологичных способов соединения двух деталей. Применяется для сваривания между собой деталей и узлов сложной конфигурации. Работает со следующими видами металлов: нержавейка, углеродистая и ферромагнитная сталь, медь, медные сплавы. Популярность и востребованность технологии обусловлена отличными качественными характеристиками получаемого соединения, при высокой скорости работы.

Принцип работы лазерной сварки

Сварка металла и других материалов с помощью лазера предполагает нагрев и плавления места соединения лазерным излучением. За создание мощного лазерного луча отвечает оптический квантовый генератор. Для направления сгенерированного лазера на место сварки используется система оптических линз, фокусирующая луч в четкую точку.

Процесс сварки металла лазерной установкой происходит по этапам:

1. Детали, которые необходимо соединить, плотно фиксируются.

2. Лазерный луч направляется на образовавшийся стык деталей.

3. Запускается генератор и формирует лазерное излучение, которое плавит место соединения.

Мощность лазерного излучения регулируется с помощью управления фокусом светового потока. Подбирать мощность следует в зависимости от толщины соединяемых деталей.

Стандартный аппарат ручной лазерной сварки состоит из двух компонентов:

• Блок: лазерный источник, система управления, автоматическое воздушное или водяное охлаждение.

• Оптический кабель с пистолетом. Длина составляет 5-10 метров. Пистолет дотягивается до труднодоступных элементов.

Отличным примером такого агрегата является модель IPG LightWELD 1500 XC. Это мощный аппарат, работающий от сети 220 вольт. Его удобно использовать, как в производственном цеху, так и при выезде на монтаж.

Установка проста в эксплуатации и позволяет получить аккуратный и ровный шов, даже при небольшом опыте сварочных работ.

Качество сварных швов

Говоря про качественные показатели лазерной сварки следует понимать ее отличие от других способов. Сварочный процесс с помощью лазерного излучения характеризуется следующими свойствами:

• Когерентность. Пики и спады волн параллельны и совпадают по фазе во времени и пространстве.

• Монохроматичность. Световые волны, излучаемые лазером, имеют одинаковую длину, именно ту, которая предусмотрена используемой в лазере средой.

• Направленность. Луч при перемещении головки не рассеивается.

Поэтому луч получается мощным, обеспечивает равномерное плавление. Дополнительно испаряются лишние частицы. 

Таким образом, сварной соединение получается плотным. Вероятность образования полостей, наплывов и других дефектов минимально. Место соединения имеет небольшой размер, из-за чего шов незаметен.

Другие факторы, влияющие на качество шва:

• Отсутствии нагрева в области шва. Деформация свариваемых деталей минимальна.

• Химическая чистота. Для сварки не нужны дополнительные материалы, которые при плавлении могут изменить состав металлических и других деталей.

• Высокая точность. Отклонение от заданных параметров минимальны при сварке разно деталей любых размеров.

• Не нужна финишная обработка. После окончания работ, шов не нужно дополнительно шлифовать или делать другие процедуры.

Скорость выполнения лазерной сварки

При выполнении лазерной сварки автоматическим или роботизированным способом скорость работы высока. Связано это, как с постоянством и стабильностью лазерного луча, так и с работой дополнительного оборудования станка. Приводные механизмы быстро и точно перемещают головку с лазером по контуру свариваемых деталей.

Для примера: для сварки стальной шва толщиной в 20 мм скорость лазерной сварки будет составлять 100 метров в час. И процесс будет выполнен в один заход. Если сравнивать это с электродуговой сваркой, то скорость будет в 5-6 раз меньше, а количество подходов больше.

Другой показатель скорости работы лазерной сварки — это возможность быстрого конфигурирования оборудования. Современные лазерные станки оснащены специальными системами управления. Они помогают оператору оперативно и правильно выставить необходимые параметры.

Например, аппарат ручной лазерной сварки Wattsan X Reci 1500 позволяет выполнять три операции: сварку, чистку, резку. Это удобно при комплексной обработке партии деталей. Для быстрого переключения между настройками существует база, где хранятся различные конфигурации.

Преимущества использования лазерной сварки

Лазерная сварка пользуется огромной популярностью в промышленности. Ее используют, как в небольших производственных цехах, так и на крупных предприятиях. Появления на рынке компактных установок поднимает популярность аппаратов для домашнего пользования.

Популярность связано с большим удобством и технологичностью оборудования. К достоинствам лазерной сварки относятся следующие качества:

• Широкий регулировочный диапазон. Поток лазерной энергии можно регулировать, выставляя мощность, как на супер низкие, так и на высокие значения. Это позволяет работать с заготовками различных размеров: от долей миллиметров до нескольких сантиметров.

• Малая зона нагрева. Область на которую воздействует лазер, может быть малой. При этом прилегающие зоны не подвергаются непосредственному нагреву.  Поэтому можно работать с мельчайшими деталями. 

• Не нужны дополнительные материалы. В отличие от других сварок, лазерная может проводиться под атмосферным воздействиям. За счет высокой скорости работы и небольшой зоны расплавления, в наплавляемые материалы не попадают компоненты из воздуха. Поэтому место соединения не нужно защищать газом, как, например, при аргонной сварке.

• Возможность работы в труднодоступных местах. Это особенно полезно при ремонте промышленного оборудования. Полуавтоматические станки имеют длинные оптоволоконные кабеля, с помощью которого можно добраться до самых дальних мест и осуществить качественную сварку.

• Долгий срок службы. Современные аппараты имеют высокий эксплуатационный ресурс. На них устанавливают высокоэффективно водяное охлаждение, которое обеспечивает стабильную работу электронных компонентов системы.

Разнообразие материалов

Огромным преимуществом лазерной сварки, перед другими способами, это ее универсальность. Она позволяет работать с широким перечнем материалов, среди которых:

• Штампованная сталь. Подходит для многих марок.

• Углеродистая сталь. Режим работы и мощность следует выбирать от количества углерода в составе. Если в металле более 0,25% углерода, то рекомендуется место шва подогреть предварительно.

• Нержавейка. Лазер это лучший способ идеально сварить элементы из нержавеющей стали. Шов получается аккуратным и незаметным, что важно, так как многие нержавеющие изделия используются в дизайне.

• Медь и медные сплавы. Работа с медными изделиями требует практического опыта. Режим нужно подбирать аккуратно, иначе возникнет деформация, неполный провар или недостаточное проплавление.

• Алюминий. Здесь главной загвоздкой это отражающая способность алюминиевых поверхностей. Поэтому при сварке мощность повышайте постепенно.

• Низколегированные высокопрочные стали. При правильной конфигурации режима сварки, сварное соединение получается по прочности, такое же как и основной металл.

Чистота и безопасность процесса

Лазерная сварка — это экологически чистый процесс, так как за счет высокотемпературного нагрева ненужные компоненты сгорают, не нанося вреда окружающей среде или мастеру, работающего за станком.

Современные аппараты снабжены защитными механизмами для безопасной эксплуатации: защита от перегрева, защитные кожухи, гасящие камеры и т.п. При этом помните о технике безопасности. При работе с аппаратом лазерной сварки:

• Наденьте специализированную одежду. Для головы полнолицевая маска, на глаза очки с защитой от длины волны в 0,9-1,1 мкм, на руках перчатки, куртка с длинными рукавами.

• Производите работу в специализированном помещении. С минимальным количеством влаги, пыли и источников вибрации.

• Вовремя обслуживайте оборудование. Нужно своевременно менять расходные оптические элементы и сменные сопла.

• Допускайте до работы только квалифицированный персонал. Если работник не обучен, то это не только приведет к тому, что он испортит продукции. Вред может быть нанесен оборудования, а также есть вероятность, что пострадает сам человек.

Экономичность лазерной сварки

Аппаратура для лазерной сварки не требуется использование дополнительных материалов. Например, для других видов сварочных работ нужны расходные электроды, баллоны с газом для создания инертной среды. Качественные расходники стоят дорого, поэтому они являются весомой статьей расходов при сварке. Например: для нержавейки лучше использовать высоколегированные электроды, чтобы сварной шов получился по характеристикам аналогичным основному металлу. Также, расходники - это химия и принадлежности для обработки.

Поэтому в этом плане лазерная сварка выигрывает и других технологий. Также, стоит отметить высокий уровень КПД лазера. Современные установки рассеивают до 30% тепла, что является отличным показателем. Поэтому расход энергии идет в полезное русло, делая лазерную сварку энергоэффективной.

Говоря про экономию, нельзя не сказать об статьях расхода, которые необходимо учитывать при эксплуатации лазерного оборудования:

• Первоначальные вложения. Цена аппарата варьируется. Ручные агрегаты имеют стоимость в диапазоне от 700 тысяч до 6-7 миллионов рублей.

• Техническое обслуживание и ремонт. При использовании станков важно заложить амортизацию, чтобы вовремя проводить осмотры, настройку, обновление программного обеспечения, замену расходников и другие процедуру. Грамотная эксплуатация потребует расходов, но даст надежное и безотказное оборудование.

• Обучение персонала. Здесь правило простое: чем квалифицированный персонал, тем выше доход будет с одного станка. Бережная эксплуатация, правильные настройки, умение быстро перестроить оборудование под работу с любым материалом — это позволит вынести максимальную выгоду для производства.

• Подготовка цехового помещения. Для установки лазерной установки требуется чистое и сухое помещение с принудительной приточно-вытяжной вентиляцией.

Экономичность лазерной сварки

Технология, на раннем этапе развития, получила востребованность в электронике. Лазерную сварку, за счет локального воздействия и небольшой площади нагрева, подходит для соединения небольших компонентов. Это требуется при создании микросхем и плат.

Технология лазерной сварки используется везде. За счет скорости и качества, идет активное внедрение в производственные процессы. Например:

• Автомобилестроение.

• Строительной сфере.

• Приборостроение.

• Судостроение.

• Оборонной промышленности.

• Изготовление ювелирных украшений.

• Авиакосмической отрасли.

• Производстве бытовой техники.

Заключение

Лазерная сварка металла и других материалов - это высокоэффективный процесс, который повышает производственные мощности предприятий. Развитие электроники и физических наук позволило создавать аппарат лазерной сварки для любых применений: ремонта автомобилей и оборудования, производственных задач и домашних дел.