Технология сварки металлов лазерным лучом

Технология сварки металлов лазерным лучом становится все популярнее. На рынке появляется все больше оборудования, теперь возможно даже купить ручной лазерный аппарат, останавливает лишь цена. Главная цель при этом – качество соединения металлических деталей.

В нашей статье мы разберемся, что такое лазерная сварка, на какие достоинства лазерной сварки стоит обратить внимание, и какое есть оборудование для лазерной сварки.

Актуальность лазерной сварки

Лазерная сварка – это технология подачи на соединяемые кромки многократно усиленного светового луча, который вводит в материал концентрированный заряд энергии.

В отличие от ручной дуговой сварки и схожих методов, где металл плавится в объеме до нескольких кубических сантиметров, с лазером оплавление металла происходит в масштабе не более 1-2 кубических миллиметров. Поэтому номинальной мощности генератора в 1-2 кВт достаточно для мгновенного расплавления даже жаропрочных сплавов.

Для лазерной сварки актуальность состоит в практичности и в качестве:

• современное производство и ремонтные работы постепенно переходят на мелкосерийную и даже единичную программу выпуска, при которых требуется высокая гибкость технологии;
• варить в течение рабочей смены требуется иногда заготовки и детали целого спектра толщины и геометрии, и изготовленные из самых разных сталей и сплавов;
• снижение толщины свариваемого металла упрощает техпроцесс и позволяет экономить на производстве, а для толщин до 1,0-1,5 мм технология лазерной сварки гарантирует высокий уровень качества включая полную герметичность шва;
• оборудование для лазерной сварки привлекательно минимальным количеством твердых и газообразных загрязнений (если сравнивать с другими способами сварки), что делает технологию «чистой» и более экологичной;

Купить станок для ручной или автоматической лазерной сварки – получить максимально возможное качество для ответственных сварных изделий.

Достоинства технологии

Сварка лазерным лучом имеет массу достоинств:

• универсальность: лазерный луч технически подходит для сварки не только металлов – с его помощью получится соединять полимеры, керамику и стекло;
• чистота сварного шва и рабочего места: при обработке металлов лазерным лучом выделяется значительно меньше вредных и токсичных химических соединений, а степень чистоты шва подчеркивается отсутствием неметаллических примесей;
• точность лазерной сварки: позиционирование выполняется с шагом в доли мм, а околошовная зона имеет ширину не более 1-3 мм (вспомним для сравнения размер зоны термического влияния РДС);
• отсутствие необходимости в постоянно расходуемых материалах: цена ручного лазерного аппарата быстро окупится, если не тратиться на электроды, присадочную проволоку, газовые баллоны или флюс;
• оперативность и легкость сварки: номинальная скорость процесса (до 100 м/с) позволяет получать сварное изделие быстрее, а простота перенастройки лазерного станка дает мощную фору любому другому методу.

Для оператора лазерного оборудования несмотря на внешнюю сложность процесс имеет еще одно достоинство – глубокие возможности автоматизации. Режим подачи импульса по оптоволокну, диаметр светового пучка, фокусное расстояние и скорость сварки можно легко сохранить в программу лазерного станка.

Варьируя только температурой на фокусной точке и подаваемой мощностью луча, можно успешно варить толщину как в десятки микрометров, так и в несколько миллиметров.

Достоинства сварного шва

Готовый сварной шов после сварки лазерным лучом выглядит как произведение искусства:

• внутренние напряжения и деформации для тонкого металла (корпус, обшивка) входят обычно в лидеры среди проблем, но из-за минимального прогрева деталь не нуждается в правке;
• лазером все больше варят то, что находится на виду, поэтому обеспечить привлекательный внешний вид кузова авто или электрооборудования можно именно стационарным аппаратом для лазерной сварки;
• нет необходимости в послесварочной термообработке, травильной пасте и т.д.

Сварной шов можно получить в любой геометрии и в любом пространственном положении почти без особых трудов. Главное – научиться пользоваться оборудованием.

Суть сварки лазерным лучом

Сварка лазерным лучом выглядит следующим образом:

• свариваемые детали (кромки и поверхности листов, сортового, фасонного и нестандартного проката, трехмерные изделия) жестко закрепляются у точки фокусировки;
• сварочный аппарат «проверяет» наличие деталей и настраивает фокусное расстояние;
• по готовности производится включение генератора, по оптоволокну к деталям подается лазерное излучение;
• металл на крайне ограниченной площади плавится, образуется компактная сварочная ванна;
• после снятия излучения металл быстро остывает, образуя шов или точку (смотря как именно ведется подача излучения, непрерывно или импульсно).

В отличие от традиционных методов сварки здесь аэрозоль почти не образуется. Испаряется только сам металл и случайно попавшие сторонние частицы. Благодаря высокой скорости луча бурного окисления поверхности не происходит – шов остается гладким и чистым.

Оборудование для сварки лазером

Чтобы варить тонколистовые детали без долгой подготовки, достаточно купить оборудование для лазерной сварки и расходные материалы к нему. Грамотно подобранная и настроенная техника позволяет работать с толщинами до 3-5 мм.

Сегодня есть 2 основные группы оборудования.

Станок для производственного конвейера

Купить лазерный станок с ЧПУ для производственной линии – гарантировать настоящее качество своему ассортименту. Стационарные агрегаты позволяют варить, паять, резать, очищать, маркировать продукцию и даже вести восстановительную наплавку. Выпускаются модели для «легких» и «тяжелых» задач, с нормальной и повышенной точностью, с различной мощностью генератора и т.д.

Станок для конвейера или производственной линии – эффективный инструмент для создания самых разных изделий и заготовок в автомобиле- и машиностроении, электронике, приборостроении, в ювелирном деле и т.д. Благодаря высокой степени автоматизации он «умеет» работать с сотнями вариантов материалов, сварных соединений и толщин.

Ручной лазерный аппарат

На рынке все более пользуются спросом аппараты для ручной лазерной сварки. Они также помогают вести резку и очистку поверхности металла, если правильно настроить процесс. Главное достоинство лазерной технологии даже с излучателем в руках – мощная концентрация излучения, благодаря чему зона термического влияния получает минимальные размеры. Глубина шва – до 4-х раз больше в сравнении с дуговыми способами.

Немного о том, что можно делать ручным лазерным аппаратом:

• сварка: низкоуглеродистые, легированные, специальные стали, цветные сплавы, и даже разнородные материалы;
• толщины: до 5-6 мм в зависимости от модели лазерного аппарата;
• режимы: «обычный» шов, прихватки, точечная сварка – десятки программ в штатной памяти устройства;
• управление лазером и динамической подачей проволоки: силами штатного контроллера;
• подключение: с помощью кабеля питания длиной до 15 м (высокая мобильность сварщика обеспечена);
• ресурс: до 100 тысяч часов или до 2-3 лет непрерывной обработки металла;
• поставка: в комплектации «под ключ» и под настройку режимов для конкретного материала, толщины и условий сварки.

Ориентировочная стоимость таких устройств – до 1,5 миллионов рублей и более.

Расходные материалы для лазерных аппаратов

Чтобы выбрать и купить расходные материалы для станков металлообработки и лазерной сварки, обращайтесь к нам. Мы:

• дадим ответ по всем вопросам, связанным со станками и аппаратами;
• подберем расходники строго под Вашу модель и в нужном количестве;
• подскажем по способам замены деталей и настройки аппаратов.

Защитные, фокусные и коллиматорные стекла, объективы в сборе и отдельные линзы, двойные и одинарные сопла, коннекторы, уплотнительные кольца, изоляторы, наконечники, крепление и многое другое – купить расходные материалы для лазерной сварки оптимально только у профессионалов.

Перспективы применения лазерного луча

Лазерная сварка и лазерный луч – инновации и технологии в чистом виде. Они приобретают вес, когда приносят ценный результат. Так, в России именно с помощью лазера уже серийно производят части газотурбинных двигателей и другие технологичные изделия.

С помощью методики селективного лазерного сплавления (СЛС) создаются детали газовых турбин большой мощности. «Модная» 3D-печать воплощается в современном способе получения изделий с очень сложной геометрией, когда обычное литье и механическая обработка просто не позволяют быстро и дешево получить необходимое.

СЛС выглядит так:

• немного уплотненный металлический порошок требуемого химического состава и с заданной величиной фракции размещается в камере сплавления;
• устройство закрывается, на поверхность порошка подается лазерный луч;
• по специальной программе лазер плавит порошок, при этом тончайшими «шагами» и слой за слоем образуется необходимая геометрия изделия;
• по мере углубления лазерного луча и «отрастания» детали порошок поправляют с помощью сервоприводов, и лазер оплавляет все новое и новое сырье.

Среди достоинств технологии – возможность создания изделий сплошных или обладающих сложными внутренними поверхностям из жаропрочных и высоколегированных сплавов.

Более тонкие результаты показывает лазерная пайка в микроэлектронике. Технология позволяет избежать напряжений и деформаций в соединяемых пленок и деталях, для которых важно даже изменение геометрии при нагреве. Здесь не помогают даже лазерная, ультразвуковая и диффузионная сварка, решение – лазерная пайка:

• тонкие пленки металла соединяются припоем, расплавляемым точно сфокусированным лазерным лучом;
• достаточно минимального объема дополнительного припоя – кусочки проволоки диаметром менее 1 мм (это не слишком увеличивает цену результата);
• вложение «паразитного» тепла минимальны или отсутствуют почти полностью.

Для пайки требуется несколько более «простой» лазер, что снижает цену технологии. В результате добавляемого припоя изделия не теряют геометрию, механические и электромеханические свойства.

Существуют и другие направления, не связанные со сваркой и пайкой напрямую. Так, хирургический лазер, шлифовка рубцов лазером, измерители расстояния – это только самые известные среди них. Универсальность лазерных технологий – ключ к будущему.