Гибридная лазерная сварка

Что такое лазерная сварка. Преимущества и недостатки

Лазерная сварка — это один из видов сварки плавлением с нагревом рабочей зоны энергией лазерного излучения. Она относится к термическому классу сварочных технологий и входит в одну группу с плазменной, дуговой и электронно-лучевой сварками.

Технология

Физические характеристики

Лазерная сварка металлов отличается от других видов сварочных технологий высокой плотностью энергии в пятне нагрева — до 1 МВт на кв.см. Это обеспечивает высокую скорость разогрева и охлаждения зоны сварного шва, что значительно уменьшает тепловое воздействие на околошовную зону. Поэтому сварочный процесс не вызывает структурных изменений материала, приводящих к разупрочнению, деформации и образованию трещин.

Размер пятна фокусировки промышленной установки может изменяться в пределах от 0,2 до 13 мм. Глубина проплавления материала прямо пропорциональна энергии излучения лазера, но также зависит от расположения фокальной плоскости луча. Во время сварочной операции зона расплавленного материала перемешается по заданной траектории вместе лазерным лучом, создавая по линии движения сварной шов. Он получается узким и глубоким, поэтому по своей форме принципиально отличается от сварных швов других сварочных технологий.

Виды и режимы лазерной сварки

Технология лазерной сварки включает два вида сварочного соединения: точечное и шовное. При этом промышленные установки могут генерировать два типа лазерного излучения: непрерывное и импульсное. При точечном соединении обычно применяют только импульсное излучение, а при шовном — как непрерывное, так и импульсное. Во втором случае сварной шов образуется путем перекрытия зон импульсного нагрева, поэтому скорость сварки зависит от частоты импульсов. Точечную сварку обычно применяют для соединения тонких металлических деталей, а шовную – для формирования глубоких сварных швов.

Гибридная лазерная сварка относится к сварочным технологиям, при проведении которых применяют присадочные материалы. В этом случае сварочное оборудование дополняется механизмами подачи проволоки, ленты или порошка. Присадочные материалы подаются в зону плавления синхронно с движением сварочной головки, а их толщина соответствует ширине сварного шва и диаметру пятна.

Технологические особенности

Скорость перемещения и энергетические режимы сварочного процесса зависят от ширины сварного шва, а также от вида и толщины свариваемых материалов. Например, стальные листы толщиной 20 мм свариваются газовым лазером со скоростью несколько сот метров в час. Этот показатель на порядок выше предельных характеристик электродуговой сварки.

Лазерная технология особенно эффективна при работе с легированными сталями, чугуном, титаном, медью, медными сплавами, термопластами, стеклом и керамикой. Высокая плотность энергии в пятне нагрева разрушает поверхностные окисные пленки, препятствуя образованию новых окислов. Это позволяет сваривать лазерным лучом титан, алюминий и нержавеющую сталь, не применяя флюсы или защитной среды инертных газов.

Особенностью сварки лазером тонкостенных металлов является очень высокая плотность энергии в сварочной ванне объемом в доли кубического миллиметра. Поэтому сваривание листовых материалов толщиной 0.05-1.0 мм ведется с расфокусировкой лазерного луча. Такой режим снижает КПД сварочного процесса, но при этом исключает сквозное прожигание заготовки.

Состав и принцип работы сварочного оборудования

Все установки лазерной сварки состоят из следующих функциональных модулей:

  • технологический лазер;
  • система транспортировки излучения;
  • сварочная головка с фокусирующей линзой;
  • блок фокусировки луча;
  • механизмы перемещения сварочной головки и заготовки;
  • система управления перемещениями, фокусировкой и мощностью лазера.

В сварочном оборудовании в качестве генераторов излучения применяют два типа лазеров: твердотельные и газовые. Мощность первых лежит в диапазоне от десятков ватт до 6 кВт, а вторых – от единиц до 25 кВт. В твердотельных установках излучатель — это прозрачный стержень из рубина или алюмо-иттриевого граната, легированного неодимом. А в газовых аппаратах — прозрачная трубка, заполненная углекислым газом или газовыми смесями.

Кроме излучателя в состав любого лазера входит система накачки, оптический резонатор, блок питания и система охлаждения. Генерируемый световой поток попадает через переднее зеркало оптического резонатора на систему зеркал, которая передает его на фокусирующую линзу сварочной головки.

Установки лазерной сварки выпускаются в разных компоновках: от традиционных портальных или консольных станков с рабочими столами и до роботов-манипуляторов с пятью степенями свободы. Управление сварочным оборудованием может выполняться в ручном или автоматическом режиме. Если установка имеет систему ЧПУ, то выполнение сварочного процесса осуществляется в автоматическом режиме по заданной программе. В случае ручной лазерной сварки оператор с выносного пульта задает перемещения, скорости и параметры сварочного процесса.

Применение лазерной сварки

Основная область применения лазерной сварки — это передовые производства с инновационными технологиями. Наиболее широко ее применяют в микроэлектронике, приборостроении, авиакосмической отрасли, атомной энергетике и автомобильной промышленности.

В приборостроении и микроэлектронике с помощью лазера соединяют разнородные и разнотолщинные материалы диаметром от микронов до десятых долей миллиметра. Кроме того, лазерная технология позволяет сваривать элементы, расположенные на близком расстоянии от кристаллов микросхем, а также других чувствительных к нагреву элементов.

Применение лазера в автомобильной промышленности не ограничивается точеной сваркой кузовных элементов из тонколистовой стали. Для снижения веса в современных автомобилях все чаще применяют детали из алюминиевых и магниевых сплавов. Характерная особенность этих материалов — наличие у них поверхностной оксидной пленки с высокой температурой плавления. Поэтому для их соединения чаще всего применяют лазерную сварку.

В судостроении, оборонной промышленности, атомной энергетике и авиакосмической отрасли широко используются комплектующие из титана и титановых сплавов. Сварка титана — это одна из самых сложных задач для сварочного производства. В расплавленном состоянии титан обладает высокой химической активностью к кислороду и водороду, что ведет к насыщению зоны расплава газами и образованию холодных трещин. Лазерная сварка успешно справляется с этой проблемой при работе в защитной среде из газовой смеси на основе из аргона и гелия.

Лазерные установки применяют для сварочного соединения металлов с разными физическими свойствами. С их помощью сваривают сталь и медь с алюминиевыми сплавами, а также разнотипные цветные металлы. Новым направлением сварочных технологий является сварка лазером чугуна, которую применяют при производстве корпусов, элементов шестерен, запорной арматуры и других узлов и компонентов.

Стоимость лазерного оборудования снижается с каждым годом. Сейчас небольшие установки импульсной лазерной сварки доступны даже малому бизнесу и частным лицам. Они имеют небольшую мощность и их обычно применяют для резки, сварки и гравировки листовых материалов.

Преимущества и недостатки

Лазерная сварка обладает рядом неоспоримых достоинств, но, как и все сварочные технологии, имеет свои недостатки. Первые являются следствием уникальных характеристик лазерного луча, а вторые в основном связаны с высокой стоимостью и сложностью оборудования.

Главные преимущества:

  • возможность сварки разнообразных материалов: от металлов и магнитных сплавов до термопластов, стекла и керамики;
  • высокая точность и стабильность траектории пятна нагрева;
  • наименьший размер сварного шва среди всех сварочных технологий;
  • отсутствие нагрева околошовной зоны, следствием чего является минимальная деформация свариваемых деталей;
  • отсутствие продуктов сгорания и рентгеновского излучения;
  • химическая чистота сварочного процесса (не применяются присадки, флюсы, электроды);
  • возможность сварки в труднодоступных местах и на большом удалении от места расположения лазера;
  • возможность сварки деталей, находящихся за прозрачными материалами;
  • быстрая переналадка при переходе на изготовление нового изделия;
  • высокое качество сварных соединений.
Читайте также  Сварка меди с нержавейкой

Основные недостатки:

  • высокая стоимость оборудования, запасных частей и комплектующих;
  • низкий КПД (для твердотельных лазеров — около 1%, для газовых — до 10%);
  • зависимость эффективности сварочного процесса от отражающей способности заготовки;
  • высокие требования к квалификации обслуживающего персонала;
  • особые требования к помещениям для размещения лазерного оборудования (в части вибрации, запыленности и влажности).

Заключение

Лазерная сварка является самой молодой из сварочных технологий — в промышленности она применяется только с конца семидесятых годов XX века. Сразу после своего появления она начала активно замещать традиционные методы сварки. Наибольшее распространение лазерная сварка получила в передовых производствах с инновационными технологиями.

В наше время лазерная сварка вышла далеко за пределы своего первоначального применения. Сейчас она используется не только в промышленности, но и в часовом производстве, при изготовлении и ремонте ювелирных украшений и даже при создании рекламных конструкций.

Лазерная сварка: надежный способ соединения металлических элементов

Принцип работы лазерной сварки

Особенности лазерной сварки

Технология используется при работах с титаном, титановых, алюминиевых, магниевых сплавов, разных марок стали. Лазерный луч обладает точной направленностью, что выгодно выделяет его на фоне пучка света. Это обусловлено тем, что он монохроматичен и когерентен. Лазер сосредотачивает всю тепловую мощность, которая потребуется при соединении деталей непосредственно в пятно малого диаметра в месте обработки. Такие особенности лазерной сварки позволяют соединять элементы практически незаметным швом.

Работы не требуют наличия вакуума и могут выполняться в атмосфере. Зачастую защита сварочной ванны выполняется аргоном. Но этот газ при взаимодействии с металлами и лазером вызывает не только расплав металла, то и его испарение. В результате луч может экранировать, уходя от заданной траектории, заметно снижая точность и качество шва. Исключить такой процесс помогает дополнительная подача в рабочую область гелия. Этот газ подавляет потенциальное плазмообразование, предотвращая улетучивание металла. В результате лазерная сварка, описание процесса которой мы только что привели, позволяет получать идеально тонкий, ровный шов. Процесс автоматизирован и может проходить как с частичным, так и со сквозным проплавлением.

Виды и режимы лазерной сварки

Лазерная сварка предполагает получение двух разновидностей сварочного соединения: шовное и точечное. Установки промышленного уровня способны генерировать непрерывные и импульсные лучи. Первые применяются для получения как точечных, так и шовных соединений. При помощи импульсного излучения получают только точечные швы. При этом скорость работ пропорциональна частоте генерируемых лазером импульсов. Точечная технология получила распространение при соединении тонких металлических элементов и реализуется вручную. Шовная преимущественно выполняется аппаратным методом и позволяет формировать глубокие сварные соединения.

Исходя из используемого оборудования и материалов сварка лазером металла бывает:

  1. Твердотельной.
  2. Газовой.
  3. Гибридной.

Твердотельная

В твердотельных лазерах активным элементом являются стекло или алюмоиттриевый гранат с добавлением неодима, рубина. Их работа активизируется под воздействием светового потока, излучаемого криптоновыми светильниками повышенной мощности. Предусмотрена возможность работы таких лазеров как в непрерывном, так и в импульсном режиме. В настоящее время наиболее популярны волоконные лазерные источники. Они обладают высокой мощностью и просты в эксплуатации.

Газовая

Здесь используют газовые смеси. Это соединения азота, гелия, углекислого газа. Смесь подается в рабочую область под давлением 2,6-13 кПа. Активизируются действующие вещества электрическим разрядом. Гелий и азот гарантируют стабильную передачу энергии частичкам углекислого газа, обеспечивая оптимальные условия для поддержания горения разряда.

Гибридная

Гибридная технология получения сварных швов объединяет дуговую сварку – сварку металлическим электродом в активном газе или в инертном газе с лазерной сваркой. При этом увеличивается подводимая тепловая мощность, что позволяет осуществлять сварку высокопрочных сталей, невыполнимую другими методами.

Преимущества и недостатки технологии

Лазерная сварка, как и другие технологии, имеет преимущества и недостатки.

К достоинствам сварки лазером относят:

  • Есть возможность дозировать поток энергии, подаваемого в рабочую зону. Диапазон регулировки достаточно широкий. Такая особенность позволяет получать качественные сварные соединения деталей разной толщины и конфигурации.
  • Большая глубина оплавления при минимальном горизонтальном распространении термического повреждения. Эта особенность технологии позволяет использовать ее при работах с очень мелкими деталями, в частности в радиотехнике.
  • Возможность использования для получения сварных швов в труднодоступных местах. Это достигается системой зеркал, способных управлять лазерным лучом, меняя его направление. Эта технология широко используется при работах на подземных или подводных коммуникациях. Внутрь трубопровода помещается специальный постамент, а управление процессом идет извне при помощи радиопередатчика.
  • Высокая точность и качество работ. Отклонения от допустимых размеров минимальные при соединении как мелких, так и крупногабаритных деталей. Сварка выполняется без правок и не требует финишной механической обработки. Процесс сопровождается минимальными температурными поводками и короблением материала.
  • Высокая эффективность и скорость работ. Сварной шов стального листа толщиной 20 мм выполняется со скоростью 100 м/час и за 1 подход. Для сравнения: аналогичный шов с использованием электрической дуговой сварки делают со скоростью 15 м/час за 5-8 подходов.
  • Экологическая чистота процесса. При работах не выделяется никаких опасных веществ, способных нанести вред человеку или окружающей среде.

Из недостатков отмечают невысокий КПД. Работы требуют высокой квалификации персонала.

Применение сварки лазером

Сваривать лазерным лучом можно детали разных габаритов, но наибольшее применение технология получила при работах с материалами небольшой и средней толщины: 5-10 мм. Область использования данного вида сварки:

  • соединение деталей, форма и размеры которых не должны существенно меняться в процессе;
  • изготовление крупный конструкций невысокой жесткости при наличии швов в труднодоступных местах;
  • при работах с трудносвариваемыми элементами, разнородными материалами; соединение тонких пластин, пленок, проводов и других легко деформирующихся деталей;
  • в работах с материалами, хорошо проводящими тепло.

Наибольшее распространение технология сварки лазером получила при производстве электронных изделий, в радиоэлектронике, приборостроении, машиностроении, часовом приборостроении, медицине, механике и пр.

Компания «ЛЛС Марк» предлагает оборудование для лазерной сварки по хорошим ценам и с надежными гарантиями. А это залог высокого качества выполненных работ. За уточнением деталей сотрудничества обращайтесь к менеджерам по телефону или через онлайн-форму.

Лазерно-дуговая сварка

Лазерно-дуговая сварка – гибридная технология.

Лазерно-дуговая сварка обладает рядом преимуществ как по сравнению с лазерной сваркой, так и с традиционными сварочными технологиями. Взаимодействие лазерного излучения и электрической дуги стабилизирует горение дуги при высокоскоростной обработке, а качество швов при этом не уступает лазерным.

Описание:

Лазерно-дуговая сварка обладает рядом преимуществ как по сравнению с лазерной сваркой, так и с традиционными сварочными технологиями.

Наличие дополнительного источника нагрева делает данную технологию менее чувствительной к зазорам. Возможность дополнительного легирования сварного шва за счет металла электрода позволяет получать сварные соединения с заданными прочностными характеристиками. Взаимодействие лазерного излучения и электрической дуги стабилизирует горение дуги при высокоскоростной обработке, а качество швов при этом не уступает лазерным.

Преимущества:

– стабильность сварочного процесса при высоких скоростях обработки,

управление структурой и свойствами сварного соединения,

– обеспечение свариваемости специальных сталей и сплавов,

Читайте также  Сварочный аппарат для электропроводки

снижение сварочных деформаций,

– высокое качество сварного соединения,

повышение скорости сварки в 2-3 раза по сравнению с дуговой сваркой.

Технологические возможности:

сварка сталей толщиной до 20мм за один проход,

сварка легких сплавов толщиной до 10 мм,

скорость сварки до 3м/мин,

мощность лазерного излучения до 15кВт,

ток дуги до 1500А.

Лазерно-дуговая сварка трубных сталей:

Лазерно-дуговые сварочные технологии обеспечивают получение равнопрочных сварных соединений из трубных сталей класса прочности Х80-Х100. Возможность однопроходной сварки металла толщиной до 20 мм позволяет увеличить притупление и уменьшить тем самым объем разделки при сварке продольных швов труб . Уменьшение тепловложения и количества наплавляемого металла, необходимого для заполнения разделки, положительно сказывается на механических свойствах сварного соединения, а также приводит к экономии сварочных материалов.

Лазерно-дуговая сварка судостроительных сталей:

Высокие скорости сварки и низкий уровень сварочных деформаций, а также высокий уровень автоматизации, характерные для лазерно-дуговых технологий, позволяют значительно повысить производительность сборочно-сварочного процесса и снизить затраты на изготовление судовых конструкций.

Лазерно-дуговая сварка легких сплавов:

Современные тенденции к снижению веса, материалоемкости и себестоимости конструкций в транспортном и энергетическом машиностроении, аэрокосмической индустрии, электротехнической и других отраслях промышленности требуют все более широкого внедрения легких материалов (сплавы на основе Al иTi), обладающих высокими прочностными и эксплуатационными характеристиками, и разработки рациональных легких конструкций, включающих разнородные соединения. Основными их достоинствами как конструкционных материалов являются малая плотность, высокая удельная прочность, высокая коррозионная стойкость.В связи с широким использованием в промышленности алюминиевых сплавов возникает потребность в получении сварных соединений, удовлетворяющих следующим требованиям:

  • 1. качественное формирование (наличие верхнего и обратного валиков);
  • 2. отсутствие внутренних дефектов (поры и трещины);
  • 3. достижение требуемых механических свойств.

При лазерно-дуговой сварке алюминиевых сплавов сварные соединения удовлетворяют вышеописанным требованиям: качественное формирование сварного соединения образуется за счёт высокой скорости сварки и наличии присадочного металла, благодаря которому возможно сваривать пластины с зазором и восполнять легколетучие легирующие элементы в металле шва (достижение требуемых механических свойств), испаряющиеся при использовании высококонцентрированных источников энергии. Отсутствие внутренних дефектов обеспечивается как сканированием лазерного излучения поперёк шва, так и изменением мощности дуговой составляющей. Помимо выше перечисленных преимуществ, сварные соединения, образованные при лазерно-дуговой сварке, также обладают низкими сварочными деформациями, что позволяет сократить время технологического цикла при изготовлении конечного продукта и снизить его себестоимость.

гибридная лазерно дуговая сварка
отличие дуговой сварки от лазерно дуговой
гибель оператора гибридной лазерно дуговой сваркой
шов при лазерно дуговой сварке
гибридная лазерно дуговая сварка оборудование

Лазерный мир

Современное состояние гибридной лазерно-плазменной сварки (обзор)

А. И. Бушма // Автоматическая сварка. – 2015. – № 8. – С. 20-27.

В работе описана краткая ретроспектива развития и современное состояние гибридной лазерно-плазменной сварки. Показано, что к основным задачам гибридной лазерно-плазменной сварки относится не только плазменно-дуговой подогрев металла изделия для повышения его поглощающей способности, но и модификация сварочного термического цикла для снижения скорости охлаждения после сварки. Это позволяет снизить содержание хрупких структур, склонных к разрушению при эксплуатации. Также, наличие плазменно-дуговой составляющей процесса позволяет снизить требования к качеству сборки свариваемых стыков, по сравнению с лазерной сваркой. Перспективы промышленного внедрения гибридной лазерно-плазменной сварки связаны с ее экономическими и технологическими преимуществами. Экономические преимущества заключаются в частичной (до 50 %) замене достаточно дорогой лазерной мощности значительно более дешевой дуговой, а также в снижении энергозатрат процесса за счет возможности замены присадочной проволоки соответствующим порошком или полного отказа от присадочного материала. технологические преимущества заключаются в уменьшении остаточных термических деформаций, снижении требований к подготовке свариваемых кромок (включая возможность сварки кромок с зазором переменной ширины), получении возможности катодной очистки алюминиевых сплавов непосредственно в процессе сварки, увеличении глубины проплавления и повышении производительности процесса (в несколько раз по сравнению с плазменной сваркой и примерно на 40 % по сравнению с лазерной). Внедрение лазерно-плазменной сварки способно изменить существующие взгляды технологов на сварочный процесс и конструкторов на проектирование сварных конструкций. Промышленное применение лазерно-плазменной сварки, в первую очередь, связано с решением задач соединения титановых и алюминиевых сплавов, а также нержавеющих сталей, в диапазоне толщин 0,3…15,0 мм.

Гибридная сварка это процесс, в котором используются два тепловых источника, одновременно действующих на свариваемое изделие (в пределах
общей зоны нагрева). основной особенностью такого вида сварки является взаимное дополнение и усиление воздействия каждого из применяемых
источников. в случае гибридной лазерно-плазменной сварки максимальный эффект достигается при возникновении так называемого синергетического эффекта [1]. Этот эффект заключается в неаддитивности результатов воздействия каждого из тепловых источников по сравнению с результатом
их совместного воздействия. в частности объем металла, расплавленного при гибридной сварке, как правило, превосходит сумму объемов металлов, расплавленных отдельно каждым из составляющих гибридного процесса источников энергии. в противном случае сварку принято считать не гибридной, а комбинированной.
одной из первых работ по гибридной сварке принято считать вышедшую в 1979 г. статью о совмещении сварки дугой с неплавящимся электродом (TIG) с лазерной сваркой [2]. вскоре после нее, в 1980 г., вышла более подробная работа профессора в.М. стина (великобритания) [3]. ему же принадлежит ряд патентов в этой области (например, [4]). После публикаций в.М. стина гибридные лазерные процессы стали изучать в большинстве промышленно развитых стран мира.
Первыми в гибридных сварочных процес-ах стали применять со2-лазеры с длиной волны 10,6 мкм, поскольку они обладали большей мощностью и простотой обслуживания. Этот тип лазеров применяется до сих пор [5, 6]. затем все более широкое применение начали получать Nd:YAG-лазеры [7]. одним из основных преимуществ этого типа лазеров является более короткая длина волны (1,06 мкм), на которой наблюдается повышение поглощающей способности металлов, а, следовательно, и эффективного КПД процесса сварки. на сегодняшний день в процессах гибридной сварки активно используют недавно появившиеся в серийном производстве дисковые и волоконные лазеры [8, 9]. Эффективность их использования связана с более высоким КПД (25…35 %) этих устройств, что также способствует повышения эффективного КПД сварки [8, 9].
Как правило, при гибридной лазерно-плазменной сварке сфокусированный лазерный пучок направлен по нормали к поверхности свариваемого изделия (рис. 1) [10, 11], либо под небольшим (до 10º) углом (рис. 2) [12]. Конструктивно лазерно-плазменная сварочная головка может состоять из отдельных элементов — лазерной фокусирующей системы и плазмотрона, либо быть интегрированной в общем корпусе (рис. 3) [13].

Гибридная сварка

Объединение двух процессов сварки приводит к повышению качества и скорости сварки, улучшению внешнего вида шва. Это шутка? Нет, это — факт. При лазерных гибридных процессах, при комбинировании лазерной лучевой сварки с дуговыми процессами, типа TIG (сварка вольфрамовым электродом в среде инертных газов), MIG/MAG (дуговая сварка в среде инертных/активных газов металлическим электродом) или плазменной, получаемые сварные швы имеют гладкий профиль и глубокое полное проплавление с превосходными механическими свойствами.

Лазерная сварка применяется уже много лет и доказала возможность ее использования в областях, где ограничен доступ к соединению (сварка механизмов), где скорость сварки является критическим параметром с точки зрения производительности (швы на трубах) и где тепловложение должно очень точно регулироваться (компоненты электронной промышленности). Дуговая сварка, с другой стороны, широко используется во всех областях производства металлоконструкций. Однако при дуговой сварке толщина свариваемых металлов больше, чем при лазерной сварке. При совмещении процессов можно получить ряд преимуществ: быстродействие, полное проплавление, возможность выполнения однопроходной сварки на толщинах от 3 до 8 мм. Такой метод обеспечивает использование сварки в тех сферах, где высокий ввод тепла может привести к деформации или неблагоприятному изменению микроструктуры стали. Поточные линии в судостроении, балки, контейнеры и резервуары — только небольшой перечень прикладных областей для лазерной гибридной сварки.

Читайте также  Радиаторы чугунные запорная арматура

Принцип гибридной сварки

При лазерной гибридной сварке два источника воздействуют одновременно на одну сварочную ванну: лазерный луч и дуга MIG/MAG сварки. В результате этой комбинации преимущества от обоих процессов реализуются в полной мере. Высокая скорость сварки и большая глубина проплавления лазерной сварки объединяются с повышенным допуском при подготовке кромок при MIG/MAG сварке. Этот процесс становится привлекательным для областей, где точность подготовки кромок — дорогостоящий процесс. Вместо максимально допустимого зазора в 0,1 мм при лазерной сварке, при гибридной сварке может использоваться зазор 1,5 мм. Экономия времени и средств очевидна. Форма сварного шва, характерная при лазерной сварке — «замочная скважина», гарантирует полное проплавление корневого прохода, даже на длинных швах. Процесс сварки может выполняться с одной стороны за один проход без каких-либо подкладок или полос на толщинах до 8 мм при скорости сварки более 1 м/мин. Высокие скорости сварки приводят к низкому тепловложению и, следовательно, к минимальной деформации соединения, вызываемой высокими температурами.

Область применения, где необходимо плоскостность и ровность соединений, определяется немедленно — например, крановые и мостовые конструкции. Низкий ввод тепла также выгоден и для сварочных материалов, чувствительных к нагреву, для сохранения микроструктуры. Дуплексные коррозионно-стойкие и высокопрочные стали — подходящие прикладные области для лазерной гибридной сварки. На фиг. 1 представлены сваренные гибридной лазерной сваркой балки из высокопрочной стали, а соответствующие результаты испытаний методами неразрушающего контроля и контроля с разрушением образца приведены в таблице 1.

Оборудование для гибридной сварки

Гибридная лазерная сварка может использовать CO2-лазер или Nd:YAG-лазер (Neodium:Yttrium-Aluminium-Garnet). Главное различие этих лазеров в длине волны лучей: 10,6 мм у CO2-лазеров и в 10 раз короче у Nd:YAG-лазеров. То есть, CO2-лазер управляется зеркалами, а Nd:YAG-лазер может управляться через оптический кабель. С практической точки зрения это значит, что процесс сварки Nd:YAG-лазером более гибкий и может использоваться в роботизированной сварке (фиг. 2). Фотография представляет оборудование для автоматизированной лазерной гибридной сварки: установку для MIG/MAG сварки, сварочную головку для лазерной гибридной сварки и промышленный робот.

Превосходные швы!

На фиг. 4 представлен макроснимок типичного сварного шва при лазерной гибридной сварке. Четко виден профиль глубины проплавления, полученный лазерным лучом. При правильно выбранных параметрах MIG/MAG сварки форма валика шва получается гладкой, с плавным переходом к основному металлу. Это одно из основных условий в областях, где важны величины усталостной прочности при проектировании и продлении срока службы конструкций. Сварка может выполняться во всех позициях, но при оптимизированных условиях сварки в нижнем положении результаты лучше.

Так как сварка выполняется при помощи многоосевых манипуляторов или сварочным роботом соединения с криволинейным направлением шва — не проблема для процесса (фиг. 5). Фиг. 5 показывает, что процесс сварки может быть оптимизирован на любую конфигурацию сварного соединения. В рассматриваемом примере требования глубокого проплавления без разбрызгивания полностью выполнены. Причем скорость сварки достигала почти 2 м/мин.

Где используется лазерная гибридная сварка?

Судоверфи, производители автомобилей, землеройного оборудования, грузоподъемного оборудования — это те отрасли промышленности, где лазерная гибридная сварка найдет широкое применение. Однако основная область индустриального применения сегодня — автомобильная промышленность, где прогресс производства подталкивает к использованию высокоскоростных и эффективных процессов соединения материалов. Для судостроительных верфей, где деформации — постоянная проблема, лазерная гибридная сварка является хорошей альтернативой обычным дуговым процессам сварки. По крайней мере, две европейские верфи уже используют этот процесс.

В автомобильной промышленности есть две основные движущие силы для использования лазерной гибридной сварки: алюминиевые кузова автомобилей и необходимость увеличения допуска на зазор, по сравнению с лазерной сваркой. Лазерная гибридная сварка алюминия позволяет снизить ввод тепла при получении гладкого сварного шва. Высокая плотность энергии лазерного луча облегчает возможность достижения температуры сварки, несмотря на высокую теплопроводность алюминия. При использовании только процесса лазерной сварки высокие скорости охлаждения обычно приводят к растрескиванию глубоких и узких сварных швов, что не допускает использование этого процесса для сварки многих компонентов. Необходимое легирование сварного шва обеспечивается присадочными материалами.

Для преодоления проблемы растрескивания сварных швов в свое время была применена лазерная сварка с подачей холодной проволоки, но при этом слишком много энергии лазерного луча расходовалось на плавление проволоки. Когда объединили дуговую MIG/MAG сварку с лазерной, большинство проблем, упомянутых выше, решилось достаточно просто и эффективно. В процессе сварки тонких пластин в автомобилестроении (см. фиг. 6) необходимо точно выполнить требования допусков при лазерной сварке и использовать сварку холодной проволокой.

Один из подходов к решению проблемы заключался в использовании ролика, проходящего перед лазерным лучом для деформации пластин в зоне сварки и достижения требуемого безопасного минимального зазора между ними. С увеличением толщины свариваемых деталей, естественно, усилия сжатия возрастают, что часто приводит к деформации кузова. Гибридная лазерная сварка — позволяет увеличить размер зазора между свариваемыми деталями до величины, принятой при MIG/MAG сварке. Для сварки длинных швов или швов сложной конфигурации рекомендуется использовать на горелке интегрированные следящие системы. Это гарантирует правильное расположение сварочной ванны при лазерной гибридной сварке и способствует оптимизации условий сварки. Это также и очень важный фактор при подготовке соединения. Больший допуск экономически выгоден при подготовке соединения под сварку. Кислородная или плазменная процессы резки могут быть альтернативой механической обработке.

Будущее радует!

Лазерная гибридная сварка — процесс с большим будущим. Лазерная сварка и лазерная гибридная сварка — перспективы роста для относительно развитой сварочной промышленности. Конечно же, еще необходимо провести множество экспериментов, но, как процесс, лазерная гибридная сварка получила признание. Технологические инновации в области лазерных резонаторов — движущая сила прогресса.

Думаете о вашем будущем — думаете о лазерном гибриде.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: