Энергетическая характеристика процесса.

Энергетические признаки. Такими признаками являются плотность Е мощности лазерного излучения и длительность воздействия τ. При непрерывном лазерном излучении длительность воздействия опре­деляется продолжительностью времени экспозиции, а при импульс­ном — длительностью импульса.

На практике лазерную сварку осуществляют в диапазоне Е = 10⁵ - 10⁷ Вт/см ². При Е < 10 ⁵ Вт/см² теряется основное достоин­ство лазерной сварки — высокая концентрация энергии.

Для классификации режимов используются три группы сочета­ний плотности мощности излучения Е и длительности воздействия τ.

I группа. Е = 10⁵ - 10⁶ Вт/см² и τ > 10 ^-2 с.

Это методы сварки непре­рывным излучением. Длительность воздействия определяется отно­шением диаметра d сфокусированного излучения к скорости сварки v_св: τ =d / v _св (*).

Этот процесс применяется для сварки различных конструкци­онных материалов малых и больших толщин.

II группа. Е = 10⁵ - 10⁷ Вт/см² и τ < 10 ^-3 с.

Сюда относятся методы сварки импульсно-периодическим лазерным излучением. Характе­ризуются высокой плотностью мощности и кратковременным (по­вторяющимся) воздействием, обеспечивающим большую эффективность проплавления. Частота следования импульсов составляет де­сятки и сотни герц, а длительность импульсов значительно ниже, чем требуется по формуле (*). Суммарное воздействие импульсов достаточно для получения глубокого проплавления. Эти режимы можно использовать для сварки материалов разных толщин при зна­чительно меньших энергозатратах, чем при сварке непрерывным излучением.

III группа. Е = 10⁵- 10⁶ Вт/см² и 10 ^-3 < τ < 10 ^-2 с.

Длительность им­пульсов превышает соответствующие значения второй группы. Проплавление на всю глубину осуществляется в процессе воздействия импульса, то есть формируется точечное сварное соединение. Применяется для малых толщин.

Основные энергетические характеристики процесса лазерной сварки - это плотность Е мощности лазерного излучения и длительность t его действия. При непрерывном излучении t определяется продолжительностью времени экспонирования, а при импульсном - длительностью импульса. Превышение верхнего предела Е вызывает интенсивное объемное кипение и испарение металла, приводящее к выбросам металла и дефектам шва. На практике лазерную сварку ведут при Е=10⁶...10⁷ Вт/см². При Е < 10⁵ Вт/см² лазерное излучение теряет свое основное достоинство - высокую концентрацию энергии. Изменение Е и t позволяет сваривать лазерным лучом различные конструкционные материалы с толщиной от нескольких микрометров до десятков миллиметров.

Скорость лазерной сварки непрерывным излучением в несколько раз превышает скорости традиционных способов сварки плавлением. Например, стальной лист толщиной 20 мм электрической дугой сваривают со скоростью 15 м/ч за 5...8 проходов, ширина шва получается 20 мм. Непрерывным лазерным лучом этот лист сваривается со скоростью 100 м/ч за 1 проход, получают ширину шва 5 мм. Однако лазерная сварка импульсным излучением по скорости сопоставима с традиционными способами сварки.