Lasersko zavarivanje

U metodi laserskog zavarivanja za spajanje dijelova koristi se koncentrirana svjetlosna zraka visoke gustoće energije (promjer zrake 0,1 ... 2 mm). Prema vrsti svjetlosnog snopa lasersko zavarivanje može biti pulsno i kontinuirano. Točkasti spojevi zavaruju se na pulsirajući način, za kontinuirane šavove koristi se pulsno-periodično ili kontinuirano zračenje. Pulsno zavarivanje također se koristi kada je potrebno osigurati minimalne deformacije od temperaturnog zagrijavanja i visoku točnost, kontinuirano - za zavarivanje velikom brzinom u serijskoj ili masovnoj proizvodnji.

Laserskim zavarivanjem spajaju se različiti materijali: čelik, titan, aluminij, vatrostalni metali, bakar, metalne legure, plemeniti metali, bimetali, debljine od nekoliko desetaka do nekoliko milimetara. Međutim, lasersko zavarivanje reflektirajućih metala kao što su aluminij i bakar donekle je teško. Lasersko zavarivanje metala prikazano je na sl. 2.

Zavarivanje aktivnih metala provodi se pomoću zaštitnog plina u obliku mlaza usmjerenog u području izloženosti svjetlosnom snopu.

Slika 1 — Zavarivanje u čvrstom laseru: 1 — aktivni medij (rubin, granat, neodim), 2 — pumpna lampa, 3 — neprozirno zrcalo, 4 — prozirno zrcalo, 5 — optičko vlakno, 6 — optički sustav, 7 — detalj, 8 — laserska zraka u fokusnoj točki, 9, 10 — razdjelnici laserske zrake.

Slika 2 — Zavarljivost materijala

Prema dubini prodiranja postoje tri vrste laserskog zavarivanja:

1) mikrozavarivanje (manje od 100 mikrona),

2) mini zavarivanje (0,1 ... 1 mm),

3) makro zavarivanje (više od 1 mm).

Budući da dubina prodiranja obično ne prelazi 4 mm, lasersko zavarivanje ima široku primjenu uglavnom u proizvodnji preciznih alata, u proizvodnji elektroničkih uređaja, satova, u konstrukciji zrakoplova, u automobilskoj industriji, u zavarivanju cijevi, a također se široko koristi u industriji nakita.

Prije sučeonog zavarivanja i preklapanja osigurajte razmak od 0,1 ... 0,2 mm. S velikim prazninama može doći do izgaranja i nedostatka sinteze.

Glavni parametri načina laserskog zavarivanja su:

1) trajanje i energija pulsa,

2) frekvencija pulsa,

3) promjer svjetlosnog snopa,

4) udaljenost od najmanjeg dijela fokusiranog snopa do površine,

5) brzina zavarivanja. Dostiže 5 mm / s. Za povećanje brzine povećava se frekvencija impulsa ili se koristi kontinuirani način rada.

Industrija koristi 2 vrste lasera za lasersko zavarivanje:

1) solid-state - rubin, neodymium i YAG laseri (na bazi itrij aluminij granata);

2) plinski CO2 laseri.

Nedavno su se pojavili i laserski aparati za zavarivanje, čiji je aktivni element optičko vlakno izrađeno od kvarca.Takvi laseri omogućuju zavarivanje "problematičnih" materijala - bakra i mjedi s visokom refleksijom, titana.

Mogućnosti različitih strojeva za lasersko zavarivanje prikazane su u tablicama 1 i 2.

Primjeri načina zavarivanja plinskim CO2 laserom prikazani su u tablici 3.

Tablica 1 — Debljina lima i snaga lasera za zavarivanje

Tablica 2 — Primjenjivost lasera

Tablica 3 — Načini laserskog sučeonog zavarivanja plinskim laserom

Promjer laserske zrake je obično 0,3 mm. Sučeoni zavari zavareni snopom manjim od 0,3 mm mogu imati nedostatak prianjanja i prodiranja. Zavarivanje laserima do 10 kW obično se izvodi bez punila.

Zbog male površine zahvaćene toplinom tijekom laserskog zavarivanja, zavar se vrlo brzo hladi. To može imati i negativne i pozitivne posljedice na kvalitetu zavarenog spoja. Mnogi metali daju najbolja fizikalna i mehanička svojstva brzim hlađenjem spojeva. Međutim, kod zavarivanja nehrđajućeg čelika to može dovesti do loma zavara. Povećanje širine impulsa na 10 ms i predgrijavanje pomaže eliminirati ovaj fenomen.

Uz pravi izbor materijala i načina zavarivanja, lasersko zavarivanje proizvodi šavove najviše kvalitete.

Laserski sustavi mogu se podijeliti u 3 kategorije:

1) Uređaji za kućište. U takvim uređajima obradak se nalazi u posebnom zatvorenom prostoru koji sadrži zaštitnu neutralnu atmosferu i lasersku zraku. Zavarivač može kontrolirati i pratiti proces zavarivanja pomoću posebnog optičkog sustava.

2) Uređaji namijenjeni za zavarivanje na otvorenom.Laserska zraka ima nekoliko stupnjeva slobode i proizvodi programirane pokrete. Zona zavarivanja je zaštićena protokom plina.

3) Uređaji za ručno lasersko zavarivanje. Laserski plamenici vrlo su slični plamenicima za TIG zavarivanje. Laserska zraka se prenosi do gorionika pomoću optičkog vlakna. Tijekom zavarivanja, zavarivač u jednoj ruci drži laserski plamenik, au drugoj dodatni materijal.

Tablica 4 — Usporedba različitih vrsta laserskog zavarivanja

Prednosti laserskog zavarivanja uključuju:

1) malo područje toplinskog učinka laserske zrake na materijal i, kao rezultat, beznačajne toplinske deformacije;

2) mogućnost zavarivanja na teško dostupnim mjestima, u sredini prozirnoj za lasersko zračenje (staklo, tekućine, plinovi);

3) zavarivanje magnetskih materijala;

4) mali promjer svjetlosnog snopa, mogućnost mikro zavarivanja, uzak zavareni šav s dobrim estetskim karakteristikama;

5) mogućnost automatizacije procesa;

6) fleksibilna manipulacija svjetlosnim snopom putem optičkog prijenosa;

7) svestranost laserske opreme (mogućnost korištenja za lasersko zavarivanje i rezanje, označavanje i bušenje);

8) mogućnost zavarivanja različitih materijala.

Nedostaci laserskog zavarivanja:

1. Visoka cijena i složenost laserske opreme.

2. Visoki zahtjevi za pripremu, čišćenje zavarenih rubova.

3. Nemogućnost zavarivanja dijelova debelih stijenki, nedovoljna snaga.Povećanje snage lasera za zavarivanje ograničeno je činjenicom da se kod jačeg djelovanja laserske zrake na metal on aktivno raspršuje u zoni zavarivanja, što oštećuje optički sustav uređaja i deaktivira laser za nekoliko sati. .