Кратко
Проволока нужна, когда в стыке есть заметный зазор, угловой шов или состав шва надо поправить. Автогенно, то есть без неё, варят стык с зазором порядка десятых долей миллиметра. Газ нужен всегда: без него шов окисляется, на титане и тонкой нержавейке это брак. В опытах брали аргон 10–25 л/мин, а диаметр проволоки подбирают по площади зазора: для зазора 0,5 мм на листе 2 мм при 20 мм/с хватает проволоки 1,0 мм со скоростью около 38 мм/с.
- Проволока закрывает зазор, делает усиление шва и правит состав. Без неё шов получается из металла самих кромок и работает, пока стык собран почти без зазора.
- Зазор нужно переводить в площадь: ширина зазора, умноженная на толщину. Из площади и скорости сварки получается скорость подачи проволоки, а из неё диаметр.
- Газ нужен всегда. В проверенных опытах авторы везде использовали аргон или азот, а на титане защиту ставили с обеих сторон. Режимов без газа в источниках нет.
- Расход аргона в опытах от 10 до 25 л/мин. Мало газа даёт окисленную поверхность, много даёт подрез и рваный шов.
- Выбор между аргоном и азотом на стали и нержавейке решает образец: аргон универсален, азот в опытах убирал поры на стали A36 и нержавейке 304L.
Нужна ли проволока
Лазерная ванна узкая, и хорошо сводит кромки только то, что лежит внутри луча. Поэтому первый вопрос — какой зазор в стыке и что должен получить шов в итоге.
Без проволоки, то есть автогенно, варят, когда кромки сошлись плотно. Так сделаны опыты, на которые опирается эта статья: нержавейка 316L и 2304 толщиной 8 мм встык на 6 кВт и 25 мм/с прошла без присадки и показала прочность около 600 МПа с разрушением по основному металлу, а на титане Gr.2 автогенный режим при зазоре 0,2 мм дал шов прочнее листа.
Проволока нужна в четырёх случаях:
- Зазор. Ванне не из чего заполнить пустоту. На медном листе 0,2 мм при зазоре 0,1 мм высота шва ушла в минус: расплав провис в щель.
- Угловой шов и нахлёст. Там нужна форма шва, которой луч сам не даст.
- Усиление. Под нагрузкой шов делают выше уровня листа, и этот металл берут из проволоки.
- Состав. Разнородные пары и алюминий варят с присадкой, которая подправляет химию шва. Для пары медь с нержавейкой в опытах взяли никелевую проволоку 1,2 мм: шов получился без дефектов и держал 88–91 % прочности меди.
Сварка с проволокой
Плюсы
- Закрывает зазор, так что стык можно собирать не идеально
- Даёт усиление шва и правит состав
- Подходит для разнородных пар
Минусы
- Нужен податчик, он добавляет настройку и расход материала
- Шов выше, часто требует зачистки
- При большой подаче ванна остывает быстрее, возможен непровар
Марки проволоки под сталь, нержавейку и алюминий разобраны в статье про защитные газы и присадочную проволоку, здесь только то, что связано с зазором и диаметром.
Какой зазор допустим
Нормы вроде «не больше 10 % толщины» часто повторяют, но проверяемого источника под ними мы не нашли, поэтому здесь только цифры из опытов:
| Опыт | Толщина | Зазор | Что было |
|---|---|---|---|
| Титан Gr.2, автогенно, 4080 Вт, 1,8 м/мин | 7 мм | 0,2 мм | полный провар, пор нет |
| Медь, нахлёст, 2–2,5 кВт, 9 м/мин | верхний лист 0,2 мм | 0–0,1 мм | чем больше зазор, тем ниже шов; при 0,1 мм высота шва отрицательная |
| Медь и нержавейка 301, проволока Ni 1,2 мм, 1,4–1,5 кВт | 1 мм | 0,3 мм | шов без дефектов |
| Титан Gr.2, узкая разделка, 6 кВт | 7 мм | 4 мм | три прохода с проволокой 1,2 мм |
Из таблицы видно главное: на тонком листе допуск измеряется сотыми и десятыми долями миллиметра, а широкий зазор уже не шов, а разделка, и её заполняют в несколько проходов. Ручной аппарат отчасти компенсирует зазор воблингом, но качание луча тоже имеет предел: оно размывает энергию по ширине (подробнее в статье о воблинге), а глубина провара при этом падает.
Как зазор превращается в диаметр проволоки
Проволока должна принести в шов столько металла, сколько не хватает. Недостающая площадь на один миллиметр шва равна толщине листа, умноженной на зазор, плюс запас на усиление. Скорость подачи получается из условия, что проволока входит в ванну с той же скоростью, с какой наполняется шов:
площадь проволоки × скорость подачи = (толщина × зазор × запас) × скорость сварки
Запас на усиление в расчёте ниже принят 1,5 (то есть 50 % сверху), это допущение для первой прикидки, а не нормативное число.
Что может дать проволока. Верхний предел подачи задаёт податчик, поэтому смотрят в его паспорт. Например, у ручных аппаратов Wattsan G2 по данным производителя подача проволоки до 80 мм/с при диаметре до 3 мм, ширина колебания луча 0–5 мм, а с двойной подачей до 8 мм. Возьмём эти 80 мм/с как потолок и посчитаем, сколько площади на миллиметр шва проволока может принести:
| Диаметр проволоки | Сечение, мм² | При скорости сварки 10 мм/с | 20 мм/с | 30 мм/с |
|---|---|---|---|---|
| 0,8 мм | 0,503 | 4,0 мм² | 2,0 мм² | 1,3 мм² |
| 1,0 мм | 0,785 | 6,3 мм² | 3,1 мм² | 2,1 мм² |
| 1,2 мм | 1,131 | 9,0 мм² | 4,5 мм² | 3,0 мм² |
| 1,6 мм | 2,011 | 16,1 мм² | 8,0 мм² | 5,4 мм² |
Площадь в таблице — арифметический потолок по подаче. Реальный режим ограничен тем, сколько проволоки ванна успевает расплавить при вашей мощности, и его подбирают пробным швом. Таблица показывает порядок величин: на скорости 30 мм/с проволока 0,8 мм несёт всего 1,3 мм², а 1,6 мм в четыре раза больше.
Пример: лист 2 мм встык, зазор 0,5 мм, скорость сварки 20 мм/с
- 01
Площадь зазора.
2 × 0,5 = 1,0 мм².
- 02
С запасом на усиление.
1,0 × 1,5 = 1,5 мм² на миллиметр шва.
- 03
Скорость подачи для проволоки 1,0 мм.
1,5 × 20 / 0,785 ≈ 38 мм/с, это 2,3 м/мин. У этого аппарата потолок 80 мм/с, запас больше чем двукратный.
- 04
Сравнение диаметров.
Проволока 0,8 мм потребует 1,5 × 20 / 0,503 ≈ 60 мм/с, то есть близко к пределу. Проволока 1,2 мм потребует 1,5 × 20 / 1,131 ≈ 27 мм/с. Проволока 1,6 мм: около 15 мм/с.
- 05
Выбор.
Берём 1,0 или 1,2 мм. Тонкая быстрее плавится и ложится в узкий шов, толстая даёт запас по зазору, но забирает тепло из ванны.
Для сравнения: в опыте на тонких листах меди и нержавейки по 1 мм с зазором 0,3 мм авторы подавали проволоку 1,2 мм со скоростью 1,3–1,5 мм/с при скорости сварки 18–20 мм/с, то есть в 12–15 раз медленнее, чем идёт луч. Режим там подбирали на минимальную погонную энергию, при которой шов ещё образуется, чтобы не перегреть медь. Это напоминает, что формула даёт верхнюю границу, а точное значение находят образцом.
Какие диаметры берут на практике, производитель ручного аппарата указывает так: 0,8–1,2 мм для листа до 3 мм и 1,2–1,6 мм для толстого, подробности в статье о режимах ручной сварки.
Нужен ли газ
Нужен. Газ закрывает от воздуха расплав и остывающий шов, и в проверенных источниках нет ни одного режима без него. Все лабораторные опыты, на которые мы опираемся в этой статье, шли в аргоне или азоте, а на титане защиту ставили и спереди, и сзади. Про титан и разнородные пары подробнее в статье про сварку титана и разнородных металлов.
По Photonweld, слишком малый расход даёт сильно окисленную поверхность шва, а слишком большой подрез и рваный валик. Подкладочная защита корня, по их данным, для большинства задач не нужна на скоростях выше 1 м/мин. Для титана это не работает: он поглощает кислород, азот и водород при нагреве выше 500–600 °C, поэтому корень и хвост шва закрывают всегда.
Расходы из опубликованных опытов такие:
| Опыт | Металл | Газ и расход |
|---|---|---|
| Нержавейка 316L и 2304, 8 мм, 6 кВт | аустенитная и дуплексная сталь | аргон 5.0 (I1 по ISO 14175), 16 л/мин |
| Медь и нержавейка 301, 1 мм | разнородная пара | аргон 10 л/мин |
| Титан ТС4 | титановый сплав | аргон 10, 15, 20 и 25 л/мин, защищаемая зона от расхода почти не менялась |
| Алюминий 1060 и медь, 2 мм | разнородная пара | аргон 25 л/мин с каждой стороны |
| Рекомендации Photonweld для промышленных схем | сталь, нержавейка | аргон и азот 20–25 л/мин, гелий 30–40 л/мин |
Расходы для ручных аппаратов ниже (6–20 л/мин) и сведены в таблицу в статье про газы и проволоку.
Аргон или азот
Аргон универсален. Азот на стали и нержавейке в опыте Ливерморской лаборатории дал почти беспористые швы: при мощностях 2–4 кВт и скоростях 8–11 мм/с частичного проплавления сталь A36 и нержавейка 304L в аргоне всегда давали поры, в азоте поры были очень малыми или отсутствовали. Для никеля азот не помог, поры были в обоих газах. А для титана азот не подходит.
Что будет без газа
Прямых испытаний сварки без газа в проверенных источниках нет, поэтому это вывод из того, что известно: ванна и остывающий шов контактируют с воздухом, поверхность окисляется, цвет шва уходит в жёлтый, синий, серый. На нержавейке шов теряет коррозионную стойкость, на титане становится хрупким, на стали получает поры. Если нужно проверить для своей детали, сварите образец без газа рядом с образцом в аргоне и сравните излом, а не только внешний вид.
Частые вопросы
Нужна ли проволока для лазерной сварки?
Нужна, если в стыке есть зазор, шов угловой или нужно поправить состав. На плотно собранном стыке можно варить без неё: нержавейка 8 мм на 6 кВт в опыте прошла без присадки и показала 600 МПа.
Какой зазор допустим при лазерной сварке?
Универсального числа нет. В опытах: 0,2 мм на титане 7 мм без проволоки, 0,3 мм на листах 1 мм с проволокой, а на тонкой меди 0,1 мм уже даёт провисание шва. Зазор шире нескольких десятых миллиметра закрывают проволокой и колебанием луча, а широкий делают разделкой.
Какого диаметра брать проволоку?
Начинайте с 1,0 мм для листа 2–3 мм, 0,8 мм для тонкого и 1,2–1,6 мм для толстого. Диаметр проверяют расчётом: площадь зазора со скоростью сварки должна уложиться в площадь проволоки со скоростью подачи, которую допускает податчик.
Можно ли варить лазером без газа?
В проверенных источниках режимов без газа нет, во всех опытах использовали аргон или азот. Без газа шов окисляется, на титане и нержавейке это брак. Минимум газа подбирают пробным швом, а не отказом от газа.
Источники
- Ручная лазерная сварка 4 в 1 Wattsan G2 ↗ — Wattsan, характеристики модели
- What protective gas should I use for laser welding ↗ — Photonweld
- The Effect of Ar and N2 Shielding Gas on Laser Weld Porosity in Steel, Stainless Steel, and Nickel ↗ — J. W. Elmer и др., Lawrence Livermore National Laboratory, 2014
- Autogenous Fiber Laser Welding of 316L Austenitic and 2304 Lean Duplex Stainless Steels ↗ — Materials (Basel), 2020
- Welding Characteristics of Medium Titanium Plates with Autogenous Laser Welding and Narrow-Gap Laser Filling Welding Modes ↗ — Materials (Basel), 2024
- Wire-Feeding Laser Welding of Copper/Stainless Steel Using Different Filler Metals ↗ — Materials (Basel), 2021
- Interfacial Gap Prediction in Laser Welding of Pure Copper Overlap Joints Using Multiple Sensors ↗ — Materials (Basel), 2025
Автор
Алексей КоролёвИнженер-технолог по лазерной резке металла, 14 лет в отрасли
Четырнадцать лет работает с листовой и трубной лазерной резкой: подбирает режимы, запускает станки, разбирает брак. Пишет о резке и лазерной сварке металла.
Все материалы автора →
Проверил материал
Игорь БеловСервисный инженер по лазерным источникам и оптике, 12 лет в отрасли
Двенадцать лет ремонтирует и обслуживает лазерные источники, режущие головки и оптику. Рецензирует технические материалы Далото.
Все материалы автора →Как мы готовим материалы — в редакционной политике. Нашли ошибку? Напишите нам.
Комментарии
Пока никто не написал. Задайте вопрос — автор или эксперты редакции ответят.
Написать комментарий
