Можно предположить, что благодаря более высокой скорости обработки и качеству шва лазерная сварка быстро захватит лидерство в этой области, но в реальности традиционная сварка остается лидирующей по популярности. В этой статье мы рассмотрим плюсы и минусы каждого метода, а также особенности и различия из которых станет понятно, почему оба вида сварки имеют право на существование.
Почему традиционные методы сварки сохраняют свою популярность?
Как мы говорили ранее, традиционные методы сварки остаются популярными, и точно не будут заменены лазерной обработкой в ближайшем времени. В основном, в промышленности используются три традиционных вида сварки: MIG (сварка в среде инертных защитных газов), TIG (аргонодуговая сварка) и точечная сварка сопротивлением.
При точечной сварке сопротивлением два электрода прижимают соединяемые детали между собой, при этом через это место пропускается большой ток, а электрическое сопротивление материала, из которого изготовлена деталь, генерирует тепло, сваривающее детали вместе. Это быстрый метод, очень часто используемый в автомобилестроении, особенно для кузовов. В основном именно этот метод заменяется лазерной сваркой на предприятиях. Замена MIG и TIG сварки лазерной альтернативой встречается несколько реже.
Чем объясняется неизменная популярность MIG? Расходный материал в данном случае -¬ это проволока с непрерывной подачей. Таким образом, добавляемый материал усиливает сварной шов, что делает его идеальным для сварки углового шва (при которой детали расположены перпендикулярно). Лазер сплавляет два исходных материала вместе, поэтому хоть лазерная сварка углового шва и возможна, требования к точности и материалам в данном случае будут несколько строже, хотя существуют и лазерные сварочные аппараты с подачей проволоки. Кроме того, глубина проникновения при обработке лазером будет ниже, чем у качественного шва MIG, поэтому лазерная сварка чаще применяется при работе с более тонкими материалами. Эта проблема может быть решена применением лазерных источников высокой мощности, но это далеко не общедоступный вариант.
MIG, TIG и лазерная сварка хорошо поддаются автоматизации, но для её правильной подготовки потребуется помощь специалиста.
Кроме того, после многих лет эмпирических и научных исследований традиционная сварка намного более хорошо изучена и понятна. Для этой отрасли, по-прежнему существует большое количество опытных сварщиков, техников и инженеров, которые все знакомы с управлением этими традиционными процессами и хорошо понимают, что нужно для получения заранее предсказуемого результата, обеспечивающего соединение, требуемое конструкцией. Найти сварщика с необходимым уровнем квалификации может быть довольно затруднительно и затратно, что является плюсом в пользу лазерной сварки, которая не требует особого образования и намного легче в освоении.
Первоначальная стоимость аппарата для MIG или TIG сварки меньше, чем аппарата для лазерной сварки, однако с течением времени и развитием технологий стоимость лазеров постепенно снижается и их применение в качестве точной и быстрой альтернативы традиционным методам сварки встречается всё чаще.
Тенденции, определяющие внедрение лазеров
С другой стороны, при учете различий в производительности и стоимости сварки одной детали лазер часто выигрывает. Особенно это касается TIG сварки, которая является очень медленным процессом, требующим высокой квалификации, что делает её дорогостоящеё в использовании. Поэтому применение TIG сварки в основном ограничивается производством промышленного пищевого оборудования и бытовой техники, а также некоторых прецизионных компонентов. Это связано с гладкой ровной поверхностью шва, получаемого при TIG сварке. Благодаря высокой скорости сварки с помощью лазера (в десять раз выше, чем у TIG), а также чистому ровному шву, который не требует шлифовки, в отличии от TIG сварки, лазерный метод может оказаться разумной альтернативой на предприятиях с большими объёмами производимой продукции. Применение лазера значительно сокращает время последующей обработки детали, что помогает дополнительно оптимизировать производственные процессы. Уменьшение затрат времени на производство единицы продукции может быть значительным плюсом, затмевающим высокую стоимость приобретения лазерного оборудования.
При принятии решений на производстве, как правило, если не существует конкретной проблемы, которую требуется решить, то выбор будет сделан в пользу самого дешевого, надежного и проверенного метода. Поэтому люди задумываться о применении лазерной сварки только тогда, когда сварка MIG не работает в конкретном случае или сварка TIG происходит слишком медленно.
Одной из ключевых проблем, решаемых лазерной сваркой, является повреждение — как металлургическое, так и конструкционное — потенциально вызванное относительно длительной и широко распространенной передачей тепла в деталь при MIG сварке с последующим длительным циклом охлаждения. В тоже время, лазер передает тепловую энергию очень маленьким лучом, расплавляя только небольшую локализованную область. В этом случае общая теплоемкость намного меньше, чем при MIG сварке, и деталь охлаждается очень быстро, сводя к минимуму деформацию и другие негативные металлургические эффекты. Лазер снижает тепловыделение примерно на 85 процентов по сравнению с MIG, и остаточное напряжение в сварном шве прямо пропорционально тепловыделению. Чем больше тепла вы вкладываете в него, тем большее остаточное напряжение вы вызываете. А это означает прогиб, деформацию, усадку и все те вещи, которые вызывают проблему, когда вы берете эту деталь и собираете из нее готовое изделие или устанавливаете ее в конструкцию или транспортное средство.
Чем больше деталь, тем более мелкие отдельные остаточные напряжения превращаются в неровности, которые очень дорого и трудно устранить позже. Кроме того, некоторые сплавы легко расслаиваются или изменяют свои свойства при нагревании и лазерные технологии делают работу с ними более простой и целесообразной, поэтому часто лазеры применяются для материалов, которые трудно сваривать. Последнее поколение высокопрочных сталей приобретает значительную часть своей прочности благодаря сложным процессам термообработки. Когда вы расплавляете и затвердеваете их при низкой скорости охлаждения (как при сварке MIG), все эти преимущества исчезают. Лазер может помочь сохранить первоначальную прочность материала.
Новые технологии в сочетании со старыми
Поскольку автогенная лазерная сварка требует плотного прилегания соединяемых деталей, во многих случаях лучше всего изменить расположение соединений таким образом, чтобы лазер мог быть направлен на перекрывающиеся поверхности (чтобы использовать его способность проникать в материал). Все больше производителей готовы инвестировать в усовершенствованные технологические процессы и оснастку, чтобы воспользоваться преимуществами более высокой производительности лазера.
Но для тех материалов, которые более устойчивы к таким изменениям, или в ситуациях, когда зазоры неизбежны, существуют гибридные системы, сочетающие лазерную технологию и технологию подачи проволоки, а также другие новые разработки, расширяющие область применения лазера. Одна простая концепция (также решающая проблему возникновения трещин из-за высоких температур) заключается в колебании лазерного пятна, что позволяет эффективно захватывать большую площадь, сохраняя при этом хороший сварной шов.
Гибридные системы могут сочетать в себе процесс MIG и лазерный луч. В таком случае лазер используется для проникновения в материал. Обычно, если вы хотите повлиять на проплавление при сварке MIG, вам необходимо увеличить силу тока. Используя лазер для проникновения, можно уменьшить силу тока на MIG и использовать самый маленький сварной шов, который позволяет конструкция для инженерных целей. Таким образом, лазер позволяет оптимизировать процесс MIG. Существует также синергия между процессами благодаря лазерному лучу, стабилизирующему дугу - перемещаться по дуге можно гораздо быстрее, чем если бы лазерного луча не было.
Лазерные технологии сварки продолжают развиваться и со временем их применение станет намного более распространённым явлением.
