Продолжаем цикл статей о лазерной сварке и на сей раз мы более углубленно рассмотрим виды лазеров, используемых для лазерной сварки, а также условия и способы реализации самого процесса.
Как уже говорилось ранее, несмотря на все преимущества, основным минусом лазерной сварки является дороговизна оборудования. И этот минус возводится в квадрат, когда понимаешь, что лазерная сварка разных металлов и материалов производится при помощи разных лазеров. То есть отдельных видов оборудования.
Виды лазеров используемых в лазерной сварке
Говоря кратко, всего для сварки могут использоваться два типа лазеров – твердотельный и газовый. Для тех, кто не первый год в нише лазерного оборудования, это уже скажет о многом, так как функционал данного типа оборудования строится на тех же особенностях, что и в сфере лазерной резки, но об этом мы поговорим далее.
Твердотельный лазер для сварки
Лазерная установка на базе стекла с неодимом или рубинового стержня с зеркалами по торцам самого стержня. В тот момент, когда в камере формируется луч света, он разгоняется благодаря возбуждению атомов и последующего отражения от зеркал, а так как одно из них является частично прозрачным, то в результате оно и является точкой выхода уже накопившего определённую мощность и сформировавшего одинаковую частоту и длину волны лазерного луча. Звучит сложно, но фактически это просто некий твердотельный элемент, благодаря которому формируется лазерный луч со строго определённой длиной волны (около 1,06 кмк) благодаря которой можно добиваться высокой точности и качественной фокусировки луча. Именно твердотельным лазером осуществляется сварка таких материалов, как медь, серебро, нержавейка, пластик и стекло.
Особенность: Твердотельные лазерные установки не могут похвастать большой мощностью. Обычно это диапазон 1-6 кВт.
Газовый лазер
И сразу – нет, это не то же самое, что лазерная трубка СО2 на привычных всем и каждому лазерных станках. Принцип похож, но степень сходства заканчивается на этапе формирования луча с конкретной длиной волны. В отличие от твердотельных установок, тут она составляет 10,6 кмк, что в 10 раз больше. Традиционно считаются более производительными, мощными и эффективными, но их использование требует большого опыта и умения обращаться с подобными установками. Так, например, сварка титана, меди или алюминия с применением газового лазера это довольно сложный техпроцесс, при котором необходимый для формирования газовой среды газ перекачивается из специальных балонов насосом. В газовой среде между частицами возникают электрические разряды, что и приводит к возбуждению среды, в которой формируется лазерный луч. Разгоняется он аналогично твердотельному, за счёт резонатора и зеркал. Собственно, именно поэтому такие типы трубок и называются газоразрядными. Фактически, для тех, кто уже давно работает с таким оборудованием – ничего сложного, тем более, что именно газовый тип лазера позволяет получать практически любую мощность на выходе и пускай с меньшей точностью, но осуществлять сварку практически любых металлов.
Впрочем, основной минус работы с газоразрядным источником заключается в том, что сварка практически любых металлов им должна производиться в вакууме, то есть с использованием аргона или аналогичных газов. Иными словами, этот тип лазера хоть и крайне эффективен, но не столь сильно отличается от традиционного типа сварки, как принято считать.
Методы лазерной сварки
Как и в работе с любым оборудованием на основе лазерной технологии, для достижения высокого качества и оптимальной скорости обработки материала, вне зависимости от типа лазера и формы обработки – требуется точная фокусировка. Именно поэтому крайне важна настройка под различные типы материалов, а также их толщину. В идеале также следует учитывать и условия окружающей среды: температуру, влажность и т.п., но в реальных, рабочих условиях этого практически никто не делает. Исключение – изготовление высокоточного оборудования, но в этой ситуации сварка, как правило, производится в специальных боксах, где поддерживается оптимальная среда для наилучшего техпроцесса.
Лазерная сварка также позволяет осуществлять процесс как импульсами, так и непрерывным потоком, причём чаще всего используются сразу оба этих метода. Первый – для фиксации заготовок в нужном положении и второй, непосредственно для закрепления результата. Также следует учитывать, что сварка тонкого листового проката большинства металлов может производиться двумя способами:
- Стыковой метод – всё предельно просто. Две части изделия прикладываются друг к другу торцами, после чего и осуществляется сварочный процесс. Размер стыка при таком методе не должен превышать 0,2мм и в первую очередь потому, что по инструкции именно это расстояние является предельным для качественной фокусировки луча на объекте. Метод проплавления в данном случае сквозной, также называют «кинжальным», а защита от окисления осуществляется при помощи подачи аргона или азота. Несмотря на аналогичные свойства, гелий в процессе использовать не рекомендуется из-за риска вызвать перебои в подаче лазерного излучения.
- Нахлёст – метод, при котором изделия свариваются вместе после наложения друг на друга. В процессе дополнительно требуется прижимать обе заготовки друг к другу и осуществлять сварку на высокой мощности. Аналогично предыдущему, зазор не должен превышать 0,2 мм, но в данном случае этот показатель не столь критичен.
Гибридные сварочные установки и методы сварки
Описанные выше типы лазеров и методы сварки широко и повсеместно применяются на различных производственных этапах, но часто существует потребность в сварке не только в идеальных условиях доступа и наложения заготовок. В таких ситуациях могут применяться гибридные установки и методы обработки металлов.
Самым ярким примером является лазерная сварка в ходе кузовных работ с автомобилями. Во-первых, тут производство имеет дело с толстыми металлическими компонентами, большими зазорами и трудным доступом к местам стыка, которые, к тому же, очень сложно прижимать и удерживать в статичном положении. В таких ситуациях применяется подача проволоки, которая формирует электродугу и позволяет выполнять сварочные работы даже в таких некомфортных условиях, добиваясь при этом высокого качества соединения.
