Лазерная сварка металлов – характеристики, особенности и преимущества


Лазерная сварка металлов – это тип сварки, при котором металл расплавляют, нагревая его с помощью лазера.

По своим характеристикам лазерная сварка очень похожа на сварку с помощью электрического сварочного аппарата. И главное их сходство состоит в том, что сварной шов при этом получается узким, но глубоким. Такие характеристики шва объясняются тем, что в процессе сварки металл подвергается очень сильному тепловому воздействию, и при этом воздействие это ограничено по площади. Именно поэтому лазерную сварку металла еще называют сваркой с глубоким проплавлением металла.

 

 Схема распределения энергии при проведении лазерной сварки

 

Особенности лазерной сварки.

Особенности этого вида сварки основываются на тех особенностях, которыми обладает сам лазерный луч, по сравнению с другими источниками света и тепла.

Основными характеристиками лазерного луча являются

  • направленность
  • монохроматичность
  • когерентность

Именно такая характеристика лазерного луча, как его направленность, и позволяет энергии концентрироваться в большом количестве на ограниченном по площади участке. Направленность лазерного луча может в несколько тысяч раз превосходить направленность любого другого светового луча – например, луча мощного прожектора. Этим и объясняется главная характеристика сварного соединения при помощи лазера – а именно небольшая площадь расплавления металла.

Как известно, любой световой луч состоит из множества лучей с различными частотами, то есть, с различными цветовыми оттенками. Даже если речь идет о простом световом луче белого цвета, любой физик скажет, что в состав этого белого луча входит множество лучей других цветов. Именно эта характеристика светового луча и препятствует его идеальной фокусировке – лучи разной длины и частоты имеют и разный угол преломления при фокусировке. Что касается лазерного луча, то его особенностью является то, что он представляет собой только один луч – в этом и заключается его монохроматичность. А это значит, что он отлично фокусируется в нужной точке с помощью оптической линзы, так как преломляется под одним углом.

Что касается когерентности лазерного луча, то она позволяет существенно усилить все излучение, так как все волновые процессы, происходящие в луче, происходят согласованно, то есть, резонируют друг с другом. Когда же речь идет о простом световом луче, то в нем волновые процессы могут происходить и несогласованно друг с другом, то есть, они могут друг друга гасить, что, конечно, не способствует усилению мощности излучения.

Все эти характеристики лазерного луча и позволяют сконцентрировать его на небольшой поверхности металла, добившись при этом довольно значительной плотности энергии – достаточной для того, чтобы расплавить металл и произвести его сварку.

 

Достижение максимальной эффективности при проведении лазерной сварки.

Эффективность, а следовательно, и КПД, которым обладает лазерная сварка металлов, во многом зависит от того, насколько сконцентрирован сам луч лазера – чем выше его концентрация, тем более узким и глубоким получается сварной шов.

 

Зависимость эффективности сварки от фокусировки луча

 

КПД сварки при этом зависит от того, насколько хорошо металл поглощает лазерный луч. Максимальное поглощение достигается при использовании системы лазерной сварки, обладающей максимально длинным фокусом – в данном случае глубина поглощения может быть ограничена исключительно толщиной самого свариваемого металла. При этом особенность лазерного излучения состоит  том, что энергия в нем максимально сконцентрирована, то есть, на поверхность металла, расположенную рядом с местом сварки, приходится очень мало тепла. Таким образом, эта поверхность не только не расплавляется, а и нагревается совсем до невысокой температуры, что помогает добиться высокого качества и при этом небольшой ширины сварного шва.

Кроме того, КПД сварки с помощью лазерного излучения зависит и еще от двух параметров, а именно:

  • от мощности излучения
  • от скорости сварки.

 

Преимущества лазерной сварки.

Преимущества лазерной сварки во многом обусловлены характеристиками лазерного луча. К основным достоинствам этого типа сварки относится:

  • возможность точно сконцентрировать энергию в определенном месте детали, что позволяет производить сварочные работы даже на деталях очень мелкого размера
  • возможность проплавить металл на большую глубину и при этом добиться небольшой ширины шва, что позволяет минимизировать деформацию окружающего металла
  • установка для лазерной сварки может располагаться довольно далеко от места сварки. Благодаря этому можно, например, производить сварку трубопровода, проходящего по дну бассейна водоема, не поднимая его на поверхность
  • управление лазерным лучом может производиться с помощью специальных оптических и оптоволоконных приборов, что позволяет выполнять сварку в труднодоступных местах, а также пользоваться одним лазерным лучом для сварки сразу нескольких деталей.

 

Что касается недостатков лазерной сварки металлов, то среди них в настоящее время называют только высокую стоимость и сложность лазерного оборудования. Но надо сказать, что наука и технологии не стоят на месте, и вполне возможно, что уже в самом скором времени этот недостаток потеряет свою актуальность.

Читайте также:

Наплавка металла под слоем флюса является самым распространенным на сегодняшний день видом наплавки металла. Причины такой популярности кроются в технологических особенностях этого процесса, а также в тех несомненных преимуществах, которыми он обладает. 

Тщательный контроль качества сварочных работ требуется для того, чтобы в дальнейшем исключить разрушение сварного соединения во время эксплуатации металлоконструкции. Но правильный контроль – это не просто контрольные испытания, проводимые на этапе приемки металлоконструкции в эксплуатацию, контроль сварочных работ должен производиться и до начала сварочных работ и вовремя их проведения. 

Мастерство конечно нарабатывается годами, но именно от желания постичь тайны ремесла, багажа знаний будет зависеть качество выполненных работ. О том, как выполняется устранение дефектов сварных швов, что необходимо для того,чтобы их допустить и поговорим сегодня.

Рекомендовано: