Lasersveising

I lasersveisemetoden brukes en konsentrert lysstråle med høy energitetthet (strålediameter 0,1 ... 2 mm) for å koble sammen deler. I henhold til typen lysstråle kan lasersveising være pulserende og kontinuerlig. Punktskjøter sveises på en pulsert måte, for kontinuerlige sømmer brukes pulserende periodisk eller kontinuerlig stråling. Pulssveising brukes også når det er nødvendig å sikre minimale deformasjoner fra temperaturoppvarming og høy nøyaktighet, kontinuerlig - for høyhastighetssveising i serie- eller masseproduksjon.

Lasersveising brukes til å sammenføye ulike materialer: stål, titan, aluminium, ildfaste metaller, kobber, metallegeringer, edle metaller, bimetaller, med en tykkelse på flere titalls til flere millimeter. Imidlertid er lasersveising av reflekterende metaller som aluminium og kobber noe vanskelig. Lasersveising av metaller er vist i fig. 2.

Sveisingen av aktive metaller utføres ved bruk av beskyttelsesgass i form av en stråle rettet mot eksponeringsområdet for lysstrålen.

Foto 1 — Sveising i faststofflaser: 1 — aktivt medium (rubin, granat, neodym), 2 — pumpelampe, 3 — ugjennomsiktig speil, 4 — gjennomskinnelig speil, 5 — optisk fiber, 6 — optisk system, 7 — detalj, 8 — laserstråle ved fokuspunktet, 9, 10 — laserstråledelere.

Foto 2 — Materialers sveisbarhet

I henhold til penetrasjonsdybden er det tre typer lasersveising:

1) mikrosveising (mindre enn 100 mikron),

2) minisveising (0,1 ... 1 mm),

3) makrosveising (mer enn 1 mm).

Siden penetrasjonsdybden vanligvis ikke overstiger 4 mm, er lasersveising mye brukt hovedsakelig i produksjon av presisjonsverktøy, i produksjon av elektroniske enheter, klokker, i flykonstruksjon, i bilindustrien, i rørsveising, og brukes også mye i smykkeindustrien.

Før stumpsveising og overlapping, sørg for et gap på 0,1 ... 0,2 mm. Ved store hull kan det oppstå utbrenthet og manglende syntese.

Hovedparametrene for lasersveisemodus er:

1) pulsvarighet og energi,

2) pulsfrekvens,

3) diameteren på lysstrålen,

4) avstanden fra den minste delen av den fokuserte strålen til overflaten,

5) sveisehastighet. Den når 5 mm/s. For å øke hastigheten økes pulsfrekvensen eller kontinuerlig modus brukes.

Industrien bruker 2 typer lasere for lasersveising:

1) solid-state - rubin, neodym og YAG lasere (basert på yttrium aluminium granat);

2) gass CO2 lasere.

Nylig har det også dukket opp lasersveisemaskiner, hvis aktive element er en optisk fiber laget av kvarts.Slike lasere tillater sveising av "problematiske" materialer - kobber og messing med høy reflektivitet, titan.

Mulighetene til ulike lasersveisemaskiner er vist i tabell 1 og 2.

Eksempler på CO2-gasslasersveisemoduser er vist i tabell 3.

Tabell 1 — Arktykkelse og sveiselaserkraft

Tabell 2 — Anvendelighet av lasere

Tabell 3 — Moduser for laserstøtsveising med gasslaser

Diameteren på laserstrålen er vanligvis 0,3 mm. Stumsveiser sveiset med en bjelke mindre enn 0,3 mm kan ha manglende vedheft og manglende gjennomtrengning. Sveising med lasere opp til 10 kW gjøres vanligvis uten sparkel.

På grunn av det lille området som påvirkes av varme under lasersveising, avkjøles sveisen veldig raskt. Dette kan ha både negative og positive konsekvenser for kvaliteten på sveiseskjøten. Mange metaller gir de beste fysiske og mekaniske egenskapene med rask avkjøling av leddene. Men ved sveising av rustfritt stål kan dette føre til sveisebrudd. Å øke pulsbredden til 10 ms og forvarming bidrar til å eliminere dette fenomenet.

Med riktig valg av sveisematerialer og -moduser produserer lasersveising sømmer av høyeste kvalitet.

Lasersystemer kan deles inn i 3 kategorier:

1) Innkapslingsenheter. I slike enheter er arbeidsstykkene plassert i et spesielt lukket rom som inneholder en beskyttende nøytral atmosfære og en laserstråle. Sveiseren kan kontrollere og overvåke sveiseprosessen ved hjelp av et spesielt optisk system.

2) Apparater beregnet for utendørs sveising.Laserstrålen har flere frihetsgrader og produserer programmerte bevegelser. Sveisesonen er beskyttet av en gasstrøm.

3) Apparater beregnet for manuell lasersveising. Laserbrennere ligner veldig på TIG-sveisebrennere. Laserstrålen overføres til fakkelen ved hjelp av en optisk fiber. Under sveising holder sveiseren laserbrenneren i den ene hånden og fyllmaterialet i den andre.

Tabell 4 — Sammenligning av ulike typer lasersveising

Fordelene med lasersveising inkluderer:

1) et lite område med termisk effekt av laserstrålen på materialet og, som et resultat, ubetydelige termiske deformasjoner;

2) muligheten for sveising på vanskelig tilgjengelige steder, i et miljø som er gjennomsiktig for laserstråling (glass, væsker, gasser);

3) sveising av magnetiske materialer;

4) liten diameter på lysstrålen, mulighet for mikrosveising, smal sveisesøm med gode estetiske egenskaper;

5) evnen til å automatisere prosessen;

6) fleksibel manipulering av lysstrålen gjennom optisk overføring;

7) allsidigheten til laserutstyr (muligheten for bruk for lasersveising og skjæring, merking og boring);

8) muligheten for å sveise forskjellige materialer.

Ulemper med lasersveising:

1. Høye kostnader og kompleksitet av laserutstyr.

2. Høye krav til klargjøring, rengjøring av sveisekanter.

3. Umulig å sveise tykkveggede deler, utilstrekkelig kraft.Å øke kraften til sveiselasere er begrenset av det faktum at med en sterkere effekt av laserstrålen på metallet, blir den aktivt spredt i sveisesonen, noe som skader det optiske systemet til enheten og deaktiverer laseren i løpet av få timer .