Практика застосування лазерного зварювання

Лазерне зварювання використовується для особливо точного з’єднання двох металевих виробів при складної конфігурації поверхні їхнього зіткнення. З огляду на гранично малій площі поперечного перерізу лазерного променя концентрація теплової потужності виходить значною, що сприяє застосуванню процесу в ювелірній справі, при ремонті різних оптичних приладів, а також для з’єднання між собою тугоплавких і важкозварювальних звичайними способами металів, наприклад, алюмінію і його сплавів.

Технологія зварювання лазером

Основними технологічними параметрами процесу вважається якість лазерного променя. Воно визначається:

  1. Когерентністю – взаимосвязанностью фаз теплового поля променя лазера в різних точках.
  2. Монохроматичністю – надзвичайно малою шириною спектральних ліній, що випромінюються джерелом.
  3. Спрямованістю – відсутністю розсіювання світла при його русі від джерела до зварюваного об’єкту.

За сукупністю цих параметрів лазерний промінь перевищує електронний, забезпечуючи точне розмірне плавлення і випаровування металів в зоні зварювання. Одночасно досягаються і певні технологічні переваги. Зокрема, джерело може перебувати на відстані від місця зварювання, а наявності вакуумної середовища в зоні лазерного зварювання не потрібно.

При з’єднанні деталей з використанням променя лазера послідовно відбувається наступне. Підготовлені до з’єднання вироби щільно приєднуються один до одного вздовж лінії майбутнього зварного шва. Потім на місце стику наводиться лазерний промінь. При включенні генератора починається нагрів, розмірне плавленні і випаровування частинок на крайках. Оскільки перетин лазерного променя вкрай мало, то розплавляється метал заповнює собою всі мікронерівності і дефекти деталей, які потрапляють в зону дії лазера. Тому щільність зварного шва – найбільша, а пористість і інші дефекти, властиві традиційним способам нероз’ємних з’єднань, відсутні. З огляду на високій швидкості переміщення лазерного променя по з’єднуються поверхнях, окислення металу в ході такої процесу не відбувається.

Шов променем лазера може бути суцільним і переривчастим. За першим способом з’єднують труби з нержавіючої сталі, де потрібна підвищена герметичність. Другий спосіб використовують для з’єднання мініатюрних металоконструкцій і деталей, що мають поверхневі ушкодження. Наприклад, точкової лазерним зварюванням відновлюють частково зруйновані ювелірні прикраси, ремонтують металеві оправи окулярів тощо

Відповідно до ГОСТ 19521 для лазерного зварювання металу використовується обладнання двох типів – твердотельное і газове. Устаткування для лазерного зварювання з використанням газового струменя відрізняється підвищеною потужністю випромінювання і можуть працювати як в безперервному, так і в імпульсному режимах. Нагрівання газів, що виникають в процесі роботи лазерного променя, забезпечує надзвичайно високу концентрацію теплової потужності в зоні зварювання. Тому такими установками можна зварювати вироби товщиною до 15-20 мм. Твердотільні лазери більш компактні. Випромінювання в них активує скляний стрижень, який знаходиться в камері, освітлюваної лампою накачування. Лампа працює одиничними імпульсами – спалахами, тому твердотільні лазери в безперервному режимі не функціонують.

Таким чином, лазерне зварювання доцільна для з’єднання проблемних з точки зору кінцевого якості деталей, а також в точному ремонтно-інструментальному виробництві.

Сварка очок і виробів з дорогоцінних металів

Лазерне зварювання очок проводиться на ручних установках твердотільного типу. Пристрій апарату досить просто: в відбивної трубці розміщені два електроди, простір між якими заповнено сумішшю іонізуючих газів – азоту, неону і вуглекислого газу. Ця суміш подається в пристрій по соплу Лаваля, яке забезпечує потрібну швидкість і витрата газів. При подачі на електроди високої напруги відбувається ударна іонізація газової суміші. Одночасно в газовому середовищі створюється концентроване магнітне поле, яке формує направлений світловий потік. Оскільки трубка з газами сильно нагрівається (до 100000С), то в апараті передбачено її водяне охолодження. Після досягнення необхідної когерентності і спрямованості випромінювання промінь прямує через фокусує пристрій до місця обробки. Процес відбувається через певні проміжки часу, які, в залежності від моделі обладнання, можуть коливатися від 1,5 до 8 мс. При перегрів вузлів. Якщо апарат лазерного зварювання перегрівається, то його відключення відбувається автоматично.

Популярність лазерної технології при ремонті очкових оправ обумовлена ??тим, що для цього не потрібно якихось додаткових матеріалів, зокрема, припою. Таким чином, місце з’єднання абсолютно однорідно зі структурної точки зору і в ньому не виникне ніяких деформаційних спотворень решітки основного металу. Лазерне зварювання ювелірних виробів хороша тим, що втрати дорогоцінного металу відсутні.

Процес відбувається в наступній послідовності:

  1. Поверхні зварювальних елементів ретельно очищають від пилу, а також окисних і жирових плівок.
  2. Готують до роботи установку і робочий електрод. Зокрема, контролюється рівномірність, витрата подачі аргону і стан голкоподібний електрода з вольфраму.
  3. Налаштовується фокусуються лінза. Це – особливо відповідальний етап зварювання, оскільки при розфокусувати лінзі промінь виходить змазаним і необхідну концентрацію теплової енергії для локального розплавлення металу створити неможливо. Правильно сфокусований пучок повинен бути в плані круглим, а не овальним.
  4. Встановлюється необхідне значення потужності зварювання. Якщо вона недостатня, то замість зварювання відбувається звичайний (хоча і високошвидкісний) нагрів металу, а при надлишкової потужності зварюються шари можуть бути проплавляя наскрізь. Оптимальною для зварювання очок вважається питома потужність 108 Вт / см2.

Для успіху лазерного зварювання важливо точно знати хімічний склад металу оправи. Наприклад, якщо в ньому присутні тугоплавкі елементи (наприклад, титан), то питому потужність необхідно підбирати з крайньою обережністю. Аналогічні труднощі становить і відновлення серебросодержащих оправ, або виробів з золота. Причина тут інша – індиферентність благородних металів до тим, що відбувається в зоні зварювання теплових процесів. Для того, щоб його встановлення не перегрівалася при зварюванні оправ, в складі яких є титан, обов’язково необхідно включати продування зварювальної зони аргоновой струменем.

При виборі відповідної моделі зварювального апарату необхідно звертати також увагу на те, який заявляється довговічність лампи накачування. Якщо вона становить менше півроку, то застосування такого пристрою нерентабельно.

Успішне використання побутового апарату для зварювання променем лазера залежить від ряду нюансів:

  1. Орієнтуючись на вигляд виробів, з якими доведеться працювати, варто подбати про відповідну оснащенні. Деякі фірми-виробники комплектують нею своє обладнання, але в більшості випадків необхідно самостійно підібрати і виготовити підставку для зручного і надійного утримання деталей, що зварюються.
  2. При тривалій роботі навіть імпульсами, необхідно використовувати також і додаткову обдувку зони обробки стисненим повітрям. Якщо такої системи в апараті немає, варто придбати мікрокомпресор, розташувавши його поруч з постом лазерного зварювання.
  3. Працювати зварнику без ультрафіолетового фільтра категорично забороняється, навіть якщо установка включається на пробний імпульс. Кришка безпеки від інфрачервоного променя при включенні повинна бути закрита.

Підвищені вимоги до якості лазерного зварювання деталей з тугоплавких металів і благородних сплавів на основі срібла і золота вимагає особливо ретельного підбору моделі зварювального апарату.