Лазерная сварка

Рабочий газ может воздействовать на плазму, создаваемую лазерным лучом, таким образом, чтобы создать стабильный и безопасный процесс сварки. Таким образом, выбор рабочего газа может иметь решающее значение для экономичности лазерной сварки.

Лазерная сварка подходит, например, для алюминия, латуни, термопластичных пластиков и стали. Защитные и рабочие газы включают гелий, аргон, азот и газовые смеси качества LASGON® .

Принцип действия

В зависимости от типа лазера лазерный луч, создаваемый в специальном генераторе, направляется на изделие с помощью зеркальных систем или по оптическим волокнам, а затем фокусируется на самом изделии. На поверхности заготовки лазерный свет поглощается и превращается в тепло. При относительном движении между сфокусированным лазерным лучом и заготовкой последняя начинает плавиться под действием энергии лазера, создавая сварной шов.

Не все виды швов подходят для лазерной сварки. Существует четыре стандартных типа:

• Соединение встык (сварка)

• Соединение внахлест (угловой шов)

• Соединение внахлестку (I сварка)

• Стык

При сварке лазерным лучом особенно важны правильная затяжка, по возможности без стыков, и правильная ориентация соединяемых деталей. Если зазор превышает примерно 10% толщины листа, лазерный луч уже не может передавать энергию и просто проходит через шов. Возникают дефекты сварки. Не менее важным является подходящая структура поверхности. Если поверхность изделия имеет чрезмерную отражающую способность, энергия лазера не может поглощаться изделием, которое, следовательно, не начинает плавиться. Этот эффект может возникать, например, на полированном алюминии.

Варианты процесса

Существует два основных варианта лазерной сварки:

• Сварка за счет теплопроводности: при теплопроводности энергия, подводимая к поверхности, поступает в деталь.

• Глубокая сварка: при образовании парового капилляра лазерный луч глубоко проникает в заготовку.

 Сварка теплопроводностью характерна для сварки малой мощностью лазера (<500 Вт); в этом случае интенсивности недостаточно для образования парового капилляра. Сварной шов относительно широкий и плоский.

Сварка проводится в глубину при интенсивности луча не менее 10 5 Вт/мм 2 , т.е. регулярно при использовании лазеров большой мощности. В этом случае материал расплавляется и частично испаряется. Давление пара перемещает расплавленный металл так, что может образоваться паровой капилляр (замочная скважина). Скорость поглощения лазерного излучения особенно высока в паровом капилляре, так как лазерное излучение многократно отражается стенками и каждый раз часть энергии переходит к материалу. Эта процедура позволяет выполнять глубокие и узкие сварные швы глубиной до 20 мм и более.

Во время глубокой сварки условия, присутствующие в паровом капилляре, представляют собой то, что физика называет «плазмой»; п. бывший. ионизированный пар металла и высокие температуры намного выше 10 000 К. Плазма очень хорошо поглощает лазерное излучение и помогает передавать энергию лазерного луча материалу.

Высокое давление, которое образуется в паровом капилляре, заставляет пары металла/плазму выходить вверх и образовывать пламя или плазменное облако. В зависимости от размера этого факела/облака лазерное излучение поглощается, расфокусируется и увеличивается, тем самым изменяя размер фокальной точки, положение фокуса и интенсивность. Благодаря большему подводу тепла от плазменного облака в верхней части заготовки, имеет место меньшая глубина проплавления и Т-образное сечение валика, при избыточном поглощении плазменным облаком процесс сварки даже полностью прерывает.

Облако плазмы характеризуется интенсивным голубым свечением и состоит из атомов металлов, ионов и электронов, а также компонентов окружающей газовой атмосферы. Плазму также можно генерировать в атмосфере чистого газа, особенно в присутствии аргона.

Более короткая длина волны лазерного излучения Nd:YAG, чем излучение CO 2 , создает меньшее взаимодействие с облаком плазмы в паровом капилляре над заготовкой. По этой причине в этом случае возникает меньше проблем такого типа.