Лазерная сварка алюминия, нержавейки, меди и оцинковки: что получается и что нет

Чем металлы отличаются для лазера

На результат влияют три свойства: сколько энергии металл поглощает на длине волны волоконного лазера около 1070 нм, насколько быстро он отводит тепло и что лежит на поверхности. От первого зависит, как легко луч «зацепится» за металл, от второго — сколько тепла нужно на единицу шва, от третьего — насколько чистым будет шов.

Поглощение даны по справочной таблице LaserSpecHub для комнатной температуры и гладкой поверхности. Это ориентир: у реального листа цифра зависит от шероховатости, окисления и нагрева. Когда ванна проплавляет металл насквозь и образуется парогазовый канал (keyhole), поглощение резко растёт, поэтому даже алюминий и медь свариваются, но стартуют тяжелее стали. Теплопроводность взята из страниц справочника материалов этого сайта. Газы и марки проволоки разобраны в статье Защитные газы и присадочная проволока.

Нержавеющая сталь

Для ручного лазера это основной металл. Теплопроводность аустенитных марок около 15 Вт/(м·К), тепло не разбегается по листу, и для того же провара нужна меньшая мощность, чем на алюминии. Побочный эффект тот же: лист сильнее нагревается вокруг шва, и при нехватке защиты появляются цвета побежалости.

С присадкой всё определяется маркой стали:

• AISI 304 и 12Х18Н10Т. Для 304 берут проволоку типа 308, а при многопроходных швах и работе в агрессивной среде сталь 304L с углеродом до 0,03 %. 12Х18Н10Т содержит титан, который связывает углерод и защищает шов от межкристаллитной коррозии.
• AISI 316. Сталь с молибденом, поэтому и проволока нужна с молибденом: AISI 316 варят аргоном с присадкой 316L.
• Ферритная AISI 430 (12Х17). В зоне шва растёт зерно и сталь становится хрупкой, ГОСТ 5632 такую сварку не рекомендует. Если варить, то тонкий лист и малое тепловложение.
• Мартенситные 20Х13 и 40Х13. Шов закаливается и может треснуть. Лазером без подогрева и отпуска их не варят.

Цвета побежалости на нержавейке показывают, докуда дошло окисление. Золотистый и соломенный оттенок говорит о лёгком нагреве, синий и серый о том, что шов остывал на воздухе, и в такой зоне стойкость к коррозии ниже, чем у основного металла. Пищевые и химические изделия после сварки травят пастой или зачищают механически, а для тонкого листа главная мера профилактики остаётся одна: газ должен накрывать не только ванну, но и остывающий шов, поэтому сопло держат ближе, а расход не занижают.

Газ для нержавейки — азот или аргон. Азот в опытах Ливерморской лаборатории на стали 304L почти убирал поры в глубоких лазерных швах, но те опыты шли на мощном источнике и без присадки, поэтому для ручного аппарата проверяйте оба газа на образце.

Алюминий

Алюминий поглощает излучение 1070 нм слабо, теплопроводность у АМг3 около 151 Вт/(м·К), у технического АД0 около 226, то есть в 10–15 раз выше нержавейки. Кроме того, поверхность закрыта оксидной плёнкой, которая плавится при 2072 °C, тогда как сам металл при 660 °C. Плёнка не расплавится, а останется в ванне и даст непровар или включения.

Поэтому алюминий готовят иначе, чем сталь. Плёнку снимают непосредственно перед сваркой щёткой по нержавейке, травлением или лазерной очисткой, обезжиривают, а потом варят без паузы. Пористость у алюминия в основном водородная, влага и масло на кромке дают её сразу, а колебание луча помогает газу выйти из ванны до затвердевания.

Некоторые алюминиевые сплавы трескаются при кристаллизации, и проволока меняет состав ванны, поэтому присадка здесь нужна для надёжности, а не для красоты шва: для серии 6ххх обычно берут ER4043 (около 5 % кремния) или ER5356 (около 5 % магния). Газ — аргон, азот на алюминии не применяют из-за хрупких нитридов.

Какие алюминиевые сплавы варятся, видно из карточек справочника:

Данные по свариваемости взяты из марочных карточек и относятся к дуговой сварке, лазерных испытаний за ними нет. Сплавы, которые трескаются под дугой, под лучом ведут себя так же.

Медь и латунь

Медь отражает почти весь инфракрасный луч. По данным производителя лазерных систем Laserax, медь поглощает около 5 % излучения волоконного лазера на 1070 нм, зелёный лазер на 532 нм поглощается на 35–40 %, синий на 450 нм около 60 %. Сверху накладывается теплопроводность 387 Вт/(м·К): ванна не успевает прогреться, а когда прогревается, резко растёт поглощение, ванна «схлопывается», и появляются брызги и поры. Против этого помогает колебание луча и мощность с запасом.

Если толщина больше, чем берёт аппарат, а деталь из меди нужна именно сварная, остаётся дуга. В справочных статьях о TIG гелий в защите назван способом повысить проплавление на металлах с высокой теплопроводностью, в том числе на меди и алюминии. Как сравниваются лазер и дуга по скорости и стоимости, разобрано в статье про виды сварки.

Из сплавов меди варить лазером получается немногое. Латунь Л63: цинк выгорает, шов пористый, выделяется дым оксида цинка. Латунь ЛС59-1 не варят: цинк и свинец дают горячие трещины. Для меди М1 справочник советует подогрев детали, но чаще её паяют.

Стартовые режимы для алюминия и меди

Для листа 1–3 мм ориентиры по мощности и скорости можно взять из документации. Например, для ручного аппарата Wattsan G2 на меди заданы 1200–2000 Вт, скорость 10–30 мм/с, колебание 20–50 Гц, газ 12–14 л/мин и проволока 0,8–1,2 мм. Для алюминия в той же таблице 1000–2000 Вт и 20–50 мм/с, то есть медь при той же толщине варят заметно медленнее и мощнее.

Источник: таблица режимов из документации производителя, карточка модели G2 (проверено 3 октября 2026 года). Режимы стартовые, на реальной детали их уточняют по образцу.

Оцинкованная сталь

Цинк кипит при 906 °C, а сталь плавится выше 1500 °C. В исследовании Ma, Kong, Carlson и Kovacevic (2012) именно это названо причиной дефектов: пар цинка с трудом выходит из ванны, выбрасывает расплав и оставляет раковины и поры, а на поверхности остаются брызги. Для нахлёсточного соединения пару нужен зазор между листами, в опытах его задавали прижимным роликом, так что на практике шов делают по технологии с проставкой.

Для ручного аппарата рабочие правила такие:

1. Снять покрытие вдоль шва на ширину колебания и немного больше, механической зачисткой.
2. Варить на сниженной скорости с вытяжкой у шва: пары оксида цинка вызывают литейную лихорадку, обычная сварочная маска от них не спасает.
3. Принять небольшую пористость как норму для неответственных швов. Для ответственных швов оцените другой способ сварки.
4. После сварки восстановить защиту: выгоревший цинк рядом со швом оставляет сталь открытой для коррозии.

Что получается и что нет

Прежде чем покупать проволоку и ставить режим, определите, к какой группе относится ваш металл. Таблица ниже собрана из карточек справочника и источников статьи, она помогает быстро отсеять задачи, где лазер заведомо не подойдёт.

Когда лучше выбрать другой способ

Лазер проигрывает там, где металл или условия работают против узкого пятна. Толстая медь, детали из Д16Т и В95, ответственная оцинковка с требованием по герметичности и ремонт на объекте без огороженного участка — такие задачи проще решить дугой, пайкой или механическим соединением. Заклёпки и болты для сплавов Д16Т и В95 справочник называет основным способом соединения. А для тонкой нержавейки и мягких АМг лазер, наоборот, обычно выигрывает по скорости и по поводке.

Пример подбора: бак из АМг3 2 мм

Нужно сварить бак из листа АМг3 толщиной 2 мм встык, внутри будет вода комнатной температуры. Аппарат на 1500 Вт теоретически берёт 2 мм алюминия с одной стороны, но это предел без запаса. Для рабочего режима берём 2 кВт: 1000–2000 Вт, 20–50 мм/с, аргон 10–12 л/мин, проволока 1,0 мм. Для АМг3 справочник называет присадку СвАМг3 или СвАМг5, а зарубежный аналог СвАМг5 — ER5356. Если в баке будет горячая вода выше 66 °C, ER5356 не подойдёт: по руководству Hobart Brothers проволоки ER5183, ER5356 и ER5654 не рекомендуют для длительной работы при таких температурах. Тогда присадку подбирают с технологом сварки по таблице изготовителя.