Лазерная сварка металлов представляет собой рабочий процесс, при котором благодаря направленному лучу происходит нагревание металла и его плавление.

Характерной особенностью такой сварки является то, что шов получается небольшим по ширине, но глубоким.

Почему так происходит? Потому что металлическая поверхность находится под высоким температурным воздействием, которое ограничивается по площади.

Помимо тонких швов, сварка также характеризуется мощным излучением и быстротой обработки.

Принцип сварки

Особенности и применение

Разделение на технические, технологические и физические особенности сваривания металлов прописано в ГОСТ 19521-74.

В свою очередь, характеристики физического характера делятся по классам:

  1. Термический класс — подразумевает процесс сваривания металлов с использованием тепловой энергии и плавления;
  2. Термомеханический – процесс осуществляется под давлением и с применением тепловой энергии;
  3. Механический – используется механическая энергия и давление.

Лазерное сваривание также имеет свой ГОСТ, относится к первому классу.

Ее особенности в большей мере зависят от особенностей лазерного луча, таких, как направленность, монохроматичность, когерентность.

Благодаря этому луч может концентрироваться точечно и обрабатывать небольшие по площади поверхности. С помощью оптических систем происходит управление лазером.

Лазерная сварка имеет некоторые сходства со сваркой электронными лучами, перед которой имеет определенные преимущества, например, вакуумная среда для более эффективной работы не создается, а цена работ сваривания металла с помощью лазера сопоставляется с классическими способами.

Такой метод сваривания металлов нашел свое применение в автомобильном производстве, поскольку лазерная сварка позволяет экономить материалы, а также обеспечивает герметичность алюминиевого корпуса машины.

Также широко распространено сваривание труб лазером, благодаря своей точности и обеспечению герметичности труб.

Сваривание труб удобно в том плане, что установка сварки может находиться удаленно от непосредственного места соединения.

Чаще всего, лазер используется для сваривания проблемных металлов: нержавейки и алюминия.

Потому что при сваривании нержавеющих материалов и алюминия происходит их быстрое окисление, что в последствии ведет к образованию некачественных швов.

Лазерные лучи не допускают подобных дефектов, поскольку отличаются скоростью обработки поверхности.

Сваривание лазером подразделяется на точечное и шовное (см. видео).

Точечная сварка позволяет обрабатывать даже очень мелкие детали (менее 100 мкм), отвечает требованиям ГОСТ 28915-91. Точечная сварка применяется в создании электронной аппаратуры.

Видео:

Тонкие материалы также подвергаются именно такому методу сваривания, но при этом необходимо выставить определенные параметры для того, чтобы плавление нержавеющих сталей не было глубоким.

Точечная сварка производится очень быстро.

Шовная – классический способ сваривания нержавеющих материалов, труб.

Как уже говорилось выше, шов при лазерной обработке получается очень аккуратным и небольшим. Дефектность шва проверяется по ГОСТ Р ИСО 5817-2009.

Оборудование, которое применяется для сваривания труб, нержавейки и других материалов, имеет свои разновидности и принципиальные отличия.

Промышленную сварку труб см. на видео.

Разновидности аппаратов

Для выполнения работы своими руками необходим аппарат сварки лазером, который должен отвечать требованиям ГОСТ.

В свою очередь аппарат делится на два вида: твердотельный и газовый:

  • Твердотельный аппарат сварки отличается от газового длиной излучаемых волн, они короче, а мощность – слабее. Чаще всего встречается импульсный режим работы аппарата, но иногда он бывает импульсным и непрерывным. Работа протекает по следующей схеме: лазерное излучение происходит из стеклянного стержня (твердотельного активного элемента). При этом включается рубин, гранат алюмоиттриевый и неодим. Стержень располагается в специальной камере, которая освещается лампой накачки. Эта лампа создает световые вспышки. Применяют такое оборудование для обработки тонких электронных приборов, точечной сварки материалов из фольги, например, катодов кинескопа, которые используются в производстве телевизоров;
  • Газовый аппарат может работать в непрерывном или импульсном режимах. Это более мощное оборудование с высоковольтными источниками тока. Аппарат с поперечным типом прокачки газа является компактным, при этом позволяющим сваривать металлы, толщина которых не превышает 20 мм. Аппарат более мощного типа – газодинамический, где горячие газы выступают в качестве активной среды.

Цена на такой аппарат очень различается, она зависит от производителя, от конкретного типа оборудования, его размеров и пр., но при этом остается очень высокой.

Импульсные и непрерывные лазеры

Импульсная лазерная установка отвечает требованиям ГОСТ 28915-91, применяется чаще непрерывной, поскольку при точечном воздействии импульсная установка дает лучший эффект.

Технология  заключается в скоплении большого количества энергии и ее воздействии на предмет в течение короткого промежутка времени.

Такой метод сваривания, когда применяется импульсная установка, широко применяется при взаимодействии с металлами, которые легко подвергаются деформации, например, при использовании нержавеющих материалов.

Видео:

При этом аппарат действует таким образом, что материал проплавляется только на поверхности, исключая сквозные отверстия.

Непрерывная лазерная сварка позволяет делать сплошной шов, который может различаться по глубине.

Эта технология подразумевает образование парогазового канала, который обрабатывает металлы различной толщины, а зона проплавления при этом остается узкой.

Надо сказать, что мощность непрерывного лазерного излучения записана в ГОСТ, должна отвечать всем требованиям согласно этому документу.

Цена на импульсные установки достаточно высока.

Особенности сварки различных металлов

Сваривание сталей, алюминия, титана имеет свои особенности, рассмотрим подробнее.

Сваривание сталей подразумевает обязательное очищение поверхности от коррозии, окалины, влаги и прочего.

Это необходимо для того, чтобы в процессе работы не возникало пористости и оксидных соединений.

Иногда из-за неочищенной поверхности в самом шве могут возникать холодные трещины, при сварке стальных труб это образование не допустимо.

Видео:

Зачистка поверхности делается с использованием нержавеющих щеток не только в том месте, где будет располагаться шов, но еще и на прилегающей площади (10-15 см). Место сваривания сталей необходимо обезжирить.

Сварка нержавеющих сталей внахлест не рекомендуется из-за чувствительности материала к концентраторам напряжения, только в стык.

Лазерная сварка стальных труб – дело непростое, поэтому выполнять его своими руками не рекомендуется, лучше доверить его специалистам.

Магниевые сплавы и алюминий также имеет свои особенности.

Обычная сварка может сопровождаться испарением легирующих элементов и окислением поверхности.

Поверхность материалов обрабатывается механически, проходит травление, а впоследствии осветляется, промывается с помощью горячей воды, а перед сваркой зачищается шабером.

Магниевые сплавы соединяются без использования подкладок.

Соединение титана предполагает ряд сложностей:

  • при высоких температурах материал становится химически активным веществом;
  • когда температура при обработке титана начинает превышать 330 градусов, тогда можно увидеть рост зерна;
  • могут возникать холодные трещины в самом шве из-за высокого уровня содержания водорода.

Все перечисленные трудности можно избежать при использовании лазерной сварки титана.

Перед рабочим процессом необходимо обработать поверхность титана: зачистить, можно использовать для этого пескоструйную обработку, химически затравить, обеспечить впоследствии осветление и промыть.

Для создания качественного шва на поверхности титана необходимо обработать его гелием. К сварке титана применим ГОСТ Р ИСО 5817-2009.

Ручная сварка

Сегодня можно приобрести станок лазерной сварки, работать на котором можно в домашних условиях, своими руками. Цена такого станка будет не слишком высока.

Благодаря ему, можно своими руками отремонтировать ювелирные изделия, подкорректировать оправу очков, обработать медицинское оборудование, своими руками произвести поверхностное уплотнение материалов, точечная спайка также имеет место быть.

Сварка своими руками предполагает более быстрое соединение материалов.

Видео:

При этом необходимо учитывать, что лазер способен излучать видимые и невидимые лучи большой мощности.

Чаще всего, это невидимый инфракрасный луч, поэтому при работе с аппаратом необходимо соблюдать технику безопасности.

Оборудование для соединения материалов лазером должно быть оснащено крышками безопасности.

Процесс лазерной сварки см. на видео.


Комментарии: