Sudarea cu laser
În metoda de sudare cu laser, un fascicul de lumină concentrat cu o densitate mare de energie (diametrul fasciculului 0,1 ... 2 mm) este utilizat pentru conectarea pieselor. În funcție de tipul de fascicul de lumină, sudarea cu laser poate fi pulsată și continuă. Îmbinările pe puncte sunt sudate în mod pulsat, pentru cusături continue se utilizează radiații pulsate-periodice sau continue. Sudarea cu impulsuri este utilizată și atunci când este necesar să se asigure deformații minime de la încălzirea temperaturii și o precizie ridicată, continuu — pentru sudarea de mare viteză în producția de serie sau în masă.
Sudarea cu laser este utilizată pentru îmbinarea diferitelor materiale: oțel, titan, aluminiu, metale refractare, cupru, aliaje metalice, metale prețioase, bimetale, cu o grosime de la zeci până la câțiva milimetri. Cu toate acestea, sudarea cu laser a metalelor reflectorizante, cum ar fi aluminiul și cuprul, este oarecum dificilă. Sudarea cu laser a metalelor este prezentată în fig. 2.
Sudarea metalelor active se realizează folosind gaz de protecție sub formă de jet îndreptat în zona de expunere la fasciculul de lumină.
Fotografia 1 — Sudarea cu laser în stare solidă: 1 — mediu activ (rubin, granat, neodim), 2 — lampă pompă, 3 — oglindă opac, 4 — oglindă translucidă, 5 — fibră optică, 6 — sistem optic, 7 — detaliu, 8 — fascicul laser la punctul de focalizare, 9, 10 — divizoare de fascicul laser.
Foto 2 — Sudabilitatea materialelor
În funcție de adâncimea de penetrare, există trei tipuri de sudare cu laser:
1) microsudare (mai puțin de 100 microni),
2) mini-sudare (0,1 ... 1 mm),
3) sudare macro (mai mult de 1 mm).
Deoarece adâncimea de penetrare de obicei nu depășește 4 mm, sudarea cu laser este utilizată pe scară largă în principal în fabricarea de scule de precizie, în fabricarea de dispozitive electronice, ceasuri, în construcțiile de aeronave, în industria auto, în sudarea țevilor și este, de asemenea, utilizată pe scară largă în industria de bijuterii.
Înainte de sudarea cap la cap și suprapunerea, asigurați-vă un spațiu de 0,1 ... 0,2 mm. Cu goluri mari, pot apărea burnout și lipsa de sinteză.
Parametrii principali ai modului de sudare cu laser sunt:
1) durata și energia pulsului,
2) frecvența pulsului,
3) diametrul fasciculului luminos,
4) distanța de la cea mai mică parte a fasciculului focalizat la suprafață,
5) viteza de sudare. Atinge 5 mm/s. Pentru a crește viteza, frecvența pulsului este crescută sau este utilizat modul continuu.
Industria folosește 2 tipuri de lasere pentru sudarea cu laser:
1) laser cu stare solidă - rubin, neodim și YAG (pe bază de granat de ytriu-aluminiu);
2) lasere cu gaz CO2.
Recent au apărut și aparatele de sudură cu laser, al căror element activ este o fibră optică din cuarț.Astfel de lasere permit sudarea materialelor „problematice” - cupru și alamă cu reflectivitate ridicată, titan.
Capacitățile diferitelor mașini de sudat cu laser sunt prezentate în tabelele 1 și 2.
Exemple de moduri de sudare cu laser cu gaz CO2 sunt prezentate în Tabelul 3.
Tabelul 1 — Grosimea tablei și puterea laserului de sudare
Tabelul 2 — Aplicabilitatea laserelor
Tabelul 3 — Moduri de sudare cap la cap cu laser cu un laser cu gaz
Diametrul fasciculului laser este de obicei de 0,3 mm. Sudurile cap la cap sudate cu un fascicul mai mic de 0,3 mm pot avea lipsă de aderență și lipsă de penetrare. Sudarea cu lasere de până la 10 kW se face de obicei fără umplutură.
Datorita suprafetei mici afectate de caldura in timpul sudarii cu laser, sudura se raceste foarte repede. Acest lucru poate avea atât consecințe negative, cât și pozitive asupra calității îmbinării sudate. Multe metale oferă cele mai bune proprietăți fizice și mecanice cu răcirea rapidă a îmbinărilor. Cu toate acestea, atunci când sudați oțel inoxidabil, acest lucru poate duce la ruperea sudurii. Creșterea lățimii impulsului la 10 ms și preîncălzirea ajută la eliminarea acestui fenomen.
Cu alegerea corectă a materialelor și modurilor de sudare, sudarea cu laser produce cusături de cea mai înaltă calitate.
Sistemele laser pot fi împărțite în 3 categorii:
1) Dispozitive de incintă. În astfel de dispozitive, piesele de prelucrat sunt plasate într-un spațiu special închis, care conține o atmosferă neutră de protecție și un fascicul laser. Sudorul poate controla și monitoriza procesul de sudare folosind un sistem optic special.
2) Dispozitive destinate sudării în exterior.Raza laser are mai multe grade de libertate și produce mișcări programate. Zona de sudare este protejată de un flux de gaz.
3) Dispozitive destinate sudării manuale cu laser. Lanternele cu laser sunt foarte asemănătoare cu pistoletele de sudare TIG. Raza laser este transmisă la torță folosind o fibră optică. În timpul sudării, sudorul ține lanterna cu laser într-o mână și materialul de umplutură în cealaltă.
Tabelul 4 — Comparația diferitelor tipuri de sudare cu laser
Avantajele sudurii cu laser includ:
1) o zonă mică de efect termic al fasciculului laser asupra materialului și, ca urmare, deformații termice nesemnificative;
2) posibilitatea sudării în locuri greu accesibile, într-un mediu transparent radiațiilor laser (sticlă, lichide, gaze);
3) sudarea materialelor magnetice;
4) diametru mic al fasciculului luminos, posibilitate de micro sudare, cusătură de sudură îngustă cu caracteristici estetice bune;
5) capacitatea de a automatiza procesul;
6) manipularea flexibilă a fasciculului de lumină prin transmisie optică;
7) versatilitatea echipamentelor laser (posibilitatea de utilizare pentru sudare și tăiere cu laser, marcare și găurire);
8) posibilitatea sudării diferitelor materiale.
Dezavantajele sudării cu laser:
1. Costul ridicat și complexitatea echipamentelor laser.
2. Cerințe ridicate pentru pregătirea, curățarea marginilor de sudură.
3. Imposibilitatea sudării pieselor cu pereți groși, putere insuficientă.Creșterea puterii laserelor de sudare este limitată de faptul că, cu un efect mai puternic al fasciculului laser asupra metalului, acesta este împrăștiat activ în zona de sudare, ceea ce deteriorează sistemul optic al dispozitivului și dezactivează laserul în câteva ore. .