Лазерне зварювання металів є робочий процес, при якому завдяки направленому променю відбувається нагрівання металу і його плавлення.
Характерною особливістю такої зварювання є те, що шов виходить невеликим по ширині, але глибоким.
Чому так відбувається? Тому що металева поверхня знаходиться під високим температурним впливом, який обмежується по площі.
Крім тонких швів, зварювання також характеризується потужним випромінюванням і швидкістю обробки.
Особливості та застосування
Поділ на технічні, технологічні і фізичні особливості зварювання металів прописано в ГОСТ 19521-74.
У свою чергу, характеристики фізичного характеру діляться по класах:
- Термічний клас - має на увазі процес зварювання металів з використанням теплової енергії і плавлення;
- Термомеханический - процес здійснюється під тиском і з застосуванням теплової енергії;
- Механічний - використовується механічна енергія і тиск.
Лазерне зварювання також має свій ГОСТ, належить до першого класу.
Її особливості в більшій мірі залежать від особливостей лазерного променя, таких, як спрямованість, монохроматичность, когерентність.
Завдяки цьому промінь може концентруватися точково і обробляти невеликі за площею поверхні. За допомогою оптичних систем відбувається управління лазером.
Лазерне зварювання має деяку схожість зі зварюванням електронними променями, перед якою має певні переваги, наприклад, вакуумна середовище для більш ефективної роботи не створюється, а ціна робіт зварювання металу за допомогою лазера зіставляється з класичними способами.
Такий метод зварювання металів знайшов своє застосування в автомобільному виробництві, оскільки лазерне зварювання дозволяє економити матеріали, а також забезпечує герметичність алюмінієвого корпусу машини.
Також широко поширене зварювання труб лазером, завдяки своїй точності і забезпеченню герметичності труб.
Зварювання труб зручно в тому плані, що установка зварювання може перебувати віддалено від безпосереднього місця з'єднання.
Найчастіше, лазер використовується для зварювання проблемних металів: нержавіючої сталі і алюмінію.
Тому що при зварюванні нержавіючих матеріалів і алюмінію відбувається їх швидке окислення, що надалі веде до утворення неякісних швів.
Лазерні промені не допускають подібних дефектів, оскільки відрізняються швидкістю обробки поверхні.
Точкове зварювання дозволяє обробляти навіть дуже дрібні деталі (менше 100 мкм), відповідає вимогам ГОСТ 28915-91. Точкове зварювання застосовується в створенні електронної апаратури.
Тонкі матеріали також піддаються саме такого методу зварювання, але при цьому необхідно виставити певні параметри для того, щоб плавлення нержавіючих сталей не було глибоким.
Точкове зварювання проводиться дуже швидко.
Шовна - класичний спосіб зварювання нержавіючих матеріалів, труб.
Устаткування, яке застосовується для зварювання труб, нержавіючої сталі і інших матеріалів, має свої різновиди і принципові відмінності.
різновиди апаратів
Для виконання роботи своїми руками необхідний апарат зварювання лазером, який повинен відповідати вимогам ГОСТ.
У свою чергу апарат ділиться на два види: твердотільний і газовий:
- Твердотільний апарат зварювання відрізняється від газового довжиною випромінюваних хвиль, вони коротші, а потужність - слабше. Найчастіше зустрічається імпульсний режим роботи апарату, але іноді він буває імпульсним і безперервним. Робота протікає за наступною схемою: лазерне випромінювання відбувається зі скляного стрижня (твердотільного активного елементу). При цьому включається рубін, гранат алюмоітрієвому і неодим. Стрижень розташовується в спеціальній камері, яка висвітлюється лампою накачування. Ця лампа створює світлові спалахи. Застосовують таке обладнання для обробки тонких електронних приладів, точкового зварювання матеріалів з фольги, наприклад, катодів кінескопа, які використовуються у виробництві телевізорів;
- Газовий апарат може працювати в безперервному або імпульсному режимах. Це більш потужне обладнання з високовольтними джерелами струму. Апарат з поперечним типом прокачування газу є компактним, при цьому дозволяє зварювати метали, товщина яких не перевищує 20 мм. Апарат більш потужного типу - газодинамический, де гарячі гази виступають в якості активного середовища.
Ціна на такий апарат дуже різниться, вона залежить від виробника, від конкретного типу обладнання, його розмірів та ін. Але при цьому залишається дуже високою.
Імпульсні і безперервні лазери
Імпульсна лазерна установка відповідає вимогам ГОСТ 28915-91, застосовується частіше безперервної, оскільки при точковому впливі імпульсна установка дає кращий ефект.
Технологія полягає в скупченні великої кількості енергії і її впливі на предмет протягом короткого проміжку часу.
Такий метод зварювання, коли застосовується імпульсна установка, широко застосовується при взаємодії з металами, які легко піддаються деформації, наприклад, при використанні нержавіючих матеріалів.
При цьому апарат діє таким чином, що матеріал проплавляется тільки на поверхні, виключаючи наскрізні отвори.
Безперервна лазерне зварювання дозволяє робити суцільний шов, який може відрізнятися по глибині.
Ця технологія має на увазі утворення парогазового каналу, який обробляє метали різної товщини, а зона проплавления при цьому залишається вузькою.
Треба сказати, що потужність безперервного лазерного випромінювання записана в ГОСТ, повинна відповідати всім вимогам згідно з цим документом.
Ціна на імпульсні установки досить висока.
Особливості зварювання різних металів
Зварювання сталей, алюмінію, титану має свої особливості, розглянемо докладніше.
Зварювання сталей має на увазі обов'язкове очищення поверхні від корозії, окалини, вологи та іншого.
Це необхідно для того, щоб в процесі роботи не виникало пористості і оксидних сполук.
Іноді через неочищену поверхні в самому шві можуть виникати холодні тріщини, при зварюванні сталевих труб це освіта не допустимо.
Зачистка поверхні робиться з використанням нержавіючих щіток не тільки в тому місці, де буде розташовуватися шов, але ще і на прилеглій площі (10-15 см). Місце зварювання сталей необхідно знежирити.
Сварка нержавіючих сталей внахлест не рекомендується через чутливість матеріалу до концентраторів напруги, тільки в стик.
Лазерне зварювання сталевих труб - справа непроста, тому виконувати його своїми руками не рекомендується, краще довірити його фахівцям.
Магнієві сплави і алюміній також має свої особливості.
Звичайна сварка може супроводжуватися випаровуванням легуючих елементів і окисленням поверхні.
Поверхня матеріалів обробляється механічно, проходить травлення, а згодом освітлюється, промивається за допомогою гарячої води, а перед зварюванням зачищається шабером.
Магнієві сплави з'єднуються без використання підкладок.
З'єднання титану передбачає ряд складнощів:
- при високих температурах матеріал стає хімічно активною речовиною;
- коли температура при обробці титану починає перевищувати 330 градусів, тоді можна побачити зростання зерна;
- можуть виникати холодні тріщини в самому шві через високого рівня вмісту водню.
Всі перераховані проблеми можна уникнути при використанні лазерного зварювання титану.
Перед робочим процесом необхідно обробити поверхню титану: зачистити, можна використовувати для цього піскоструминну обробку, хімічно зацькувати, забезпечити згодом освітлення і промити.
Ручне зварювання
Сьогодні можна придбати верстат лазерного зварювання, працювати на якому можна в домашніх умовах, своїми руками. Ціна такого верстата буде не надто висока.
Завдяки йому, можна своїми руками відремонтувати ювелірні вироби, підкоригувати оправу окулярів, обробити медичне обладнання, своїми руками зробити поверхневе ущільнення матеріалів, точкова спайка також має місце бути.
Сварка своїми руками передбачає більш швидке з'єднання матеріалів.
При цьому необхідно враховувати, що лазер здатний випромінювати видимі і невидимі промені великої потужності.
Найчастіше, це невидимий інфрачервоний промінь, тому при роботі з апаратом необхідно дотримуватися техніки безпеки.
Устаткування для з'єднання матеріалів лазером має бути оснащено кришками безпеки.