Лазерная сварка.

Лазерная сварка – сварка плавлением, при которой для нагрева используется энергия излучения лазера.

Лазерный луч представляет собой вынужденное монохроматическое излучение. Длина волны излучения, в зависимости от природы рабочего тела лазера, лежит в пределах от 0, 1 до 10 мкм. Атомы вещества имеют определенный запас энергии и находятся в устойчивом энергетическом состоянии. Если атому дать дополнительную энергию («накачка» или «возбуждение» атома), он выйдет из равновесного состояния. Излучение возникает в результате вынужденных скачкообразных переходов атомов рабочего тела лазера на более низкие орбиты. При этом возбужденный атом стремится вернуться в устойчивое энергетическое состояние и отдает квант энергии в виде фотона.

Испускание света можно инициировать воздействием внешнего фотона, обладающего энергией, соответствующей разнице энергий атома в возбужденном и нормальном состоянии.

Схема лазерной сварки приведена на рис. 4.17. При плотностях тока ≈ 10⁴ Вт/мм² в пятне нагрева начинается локальное испарение металла. В расплавленном металле 2 образуется полость 3. Давление паров испаряющегося металла заготовок 1 не дает полости захлопнуться под действием гидростатических сил расплава. При соответствующей скорости перемещения (V св) лазерного луча 4 образовавшаяся полость приобретает динамическую устойчивость и движется вместе с лучом. Перед полостью происходит плавление металла, а позади нее – затвердевание.

При наличии полости, излучение поглощается не только поверхностью металла заготовок, но и в его глубине. После прохождения луча, полость заполняется жидким металлом и образуется узкий сварной шов 5, глубина которого значительно больше его ширины.

Рис. 4.17. Схема лазерной сварки: 1 – заготовки; 2 – расплавленный металл; 3 – полость; 4 – лазерный луч; 5 - сварной шов; Vсв - скорость перемещения лазерного луча.

Сварку малых толщин осуществляют в (непрерывном режиме шовная сварка) или в импульсном режиме (шовная или точечная сварка) с концентрацией энергии в одной точке (острая фокусировка излучения). При плотности мощности в зоне сварки 10³…10⁴ Вт/мм2 происходит только плавление металла без существенного его испарения.

Сварку с глубоким проплавлением можно осуществлять при плотностях мощности излучения более 10⁵ Вт/мм2.

Лазерную сварку ведут с использованием вспомогательного газа (гелия или аргона), подаваемого в зону сварки через сопло под давлением. Если не использовать вспомогательный газ, то над зоной сварки образуется стационарное облако ионизированных паров испаренного металла, которой закроет поверхности заготовок от прямого действия луча. Кроме того, продувка вспомогательным газом защищает оптическую систему фокусировки от паров и брызг металла, а металл заготовок от окисления.

Преимущества. Лазерная сварка позволяет:

– соединять разнородные металлы при толщине заготовок от 0, 5 до 10 мм и скорости сварки до 50 м/мин.

– обеспечивать небольшое тепловое влияние на около шовную зону и малые деформации готового изделия.

– легко автоматизировать процесс сварки.

– сваривать труднодоступные места и получать криволинейные сварные швы.

Недостатки:

– сложность оборудования

Применение:

– сварка малых толщин в электронной и радиотехнической промышленности (для сварки проводов, элементов микросхем, при ремонте вакуумных приборов и т.д.);

– сварка с глубоким проплавлением при производстве корпусных деталей, валов (в том числе карданных), осей, для сварки труб, арматурных конструкций и т.д.

– резка заготовок со сложным контуром из листовых материалов, при обработке трехмерных конструкций (резка труб, профилей …), точного раскроя листового материала (стальных листов толщиной до 25 мм), разрезания нетеплопроводных или хрупких материалов (керамик).

Сфокусированным лазерным лучом можно разрезать практически любые материалы.

Лазерная резка позволяет получать узкий и точный рез с минимальной з.т.в. Отсутствие механического воздействия на материал позволяет разрезать легкодеформируемые и нежесткие заготовки.