Lasersvetsning
I lasersvetsmetoden används en koncentrerad ljusstråle med hög energitäthet (strålediameter 0,1 ... 2 mm) för att ansluta delar. Beroende på typen av ljusstråle kan lasersvetsning vara pulsad och kontinuerlig. Punktfogar svetsas på ett pulserat sätt, för kontinuerliga sömmar används pulsad-periodisk eller kontinuerlig strålning. Pulsvetsning används också när det är nödvändigt att säkerställa minimala deformationer från temperaturuppvärmning och hög noggrannhet, kontinuerligt — för höghastighetssvetsning i serie- eller massproduktion.
Lasersvetsning används för att sammanfoga olika material: stål, titan, aluminium, eldfasta metaller, koppar, metallegeringar, ädelmetaller, bimetaller, med en tjocklek av tio till flera millimeter. Lasersvetsning av reflekterande metaller som aluminium och koppar är dock något svårt. Lasersvetsning av metaller visas i fig. 2.
Svetsningen av aktiva metaller utförs med skyddsgas i form av en stråle riktad mot exponeringsområdet för ljusstrålen.
Foto 1 — Svetsning i solid state laser: 1 — aktivt medium (rubin, granat, neodym), 2 — pumplampa, 3 — opak spegel, 4 — genomskinlig spegel, 5 — optisk fiber, 6 — optiskt system, 7 — detalj, 8 — laserstråle vid fokuspunkten, 9, 10 — laserstråledelare.
Foto 2 — Materials svetsbarhet
Beroende på penetrationsdjupet finns det tre typer av lasersvetsning:
1) mikrosvetsning (mindre än 100 mikron),
2) minisvetsning (0,1 ... 1 mm),
3) makrosvetsning (mer än 1 mm).
Eftersom inträngningsdjupet vanligtvis inte överstiger 4 mm används lasersvetsning i stor utsträckning främst vid tillverkning av precisionsverktyg, vid tillverkning av elektroniska apparater, klockor, inom flygplanskonstruktion, inom fordonsindustrin, vid rörsvetsning, och används också i stor utsträckning i smyckesindustrin.
Före stumsvetsning och överlappning, säkerställ ett mellanrum på 0,1 ... 0,2 mm. Vid stora luckor kan utbrändhet och bristande syntes uppstå.
Huvudparametrarna för lasersvetsningsläget är:
1) pulslängd och energi,
2) pulsfrekvens,
3) ljusstrålens diameter,
4) avståndet från den minsta delen av den fokuserade strålen till ytan,
5) svetshastighet. Den når 5 mm/s. För att öka hastigheten ökas pulsfrekvensen eller kontinuerligt läge.
Industrin använder två typer av lasrar för lasersvetsning:
1) solid state - rubin-, neodym- och YAG-lasrar (baserade på granat av yttriumaluminium);
2) gas CO2-lasrar.
Nyligen har det också dykt upp lasersvetsmaskiner, vars aktiva element är en optisk fiber gjord av kvarts.Sådana lasrar tillåter svetsning av "problematiska" material - koppar och mässing med hög reflektivitet, titan.
Möjligheterna hos olika lasersvetsmaskiner visas i tabellerna 1 och 2.
Exempel på CO2-gaslasersvetsningslägen visas i Tabell 3.
Tabell 1 — Plåttjocklek och svetslaserkraft
Tabell 2 — Tillämpning av lasrar
Tabell 3 — Metoder för laserstumsvetsning med gaslaser
Diametern på laserstrålen är vanligtvis 0,3 mm. Stumsvetsar svetsade med en balk mindre än 0,3 mm kan ha bristande vidhäftning och bristande penetration. Svetsning med lasrar upp till 10 kW sker vanligtvis utan fyllmedel.
På grund av den lilla yta som påverkas av värme under lasersvetsning, kyls svetsen mycket snabbt. Detta kan ha både negativa och positiva konsekvenser för kvaliteten på svetsfogen. Många metaller ger de bästa fysiska och mekaniska egenskaperna med snabb kylning av lederna. Men vid svetsning av rostfritt stål kan detta leda till svetsbrott. Att öka pulsbredden till 10 ms och förvärmning hjälper till att eliminera detta fenomen.
Med rätt val av svetsmaterial och -lägen ger lasersvetsning sömmar av högsta kvalitet.
Lasersystem kan delas in i tre kategorier:
1) Kapslingsanordningar. I sådana anordningar placeras arbetsstyckena i ett speciellt slutet utrymme som innehåller en skyddande neutral atmosfär och en laserstråle. Svetsaren kan styra och övervaka svetsprocessen med hjälp av ett speciellt optiskt system.
2) Apparater avsedda för utomhussvetsning.Laserstrålen har flera frihetsgrader och producerar programmerade rörelser. Svetszonen skyddas av ett gasflöde.
3) Apparater avsedda för manuell lasersvetsning. Laserbrännare är mycket lika TIG-svetsbrännare. Laserstrålen överförs till brännaren med hjälp av en optisk fiber. Under svetsningen håller svetsaren laserbrännaren i ena handen och tillsatsmaterialet i den andra.
Tabell 4 — Jämförelse av olika typer av lasersvetsning
Fördelarna med lasersvetsning inkluderar:
1) ett litet område med termisk effekt av laserstrålen på materialet och, som ett resultat, obetydliga termiska deformationer;
2) möjligheten att svetsa på svåråtkomliga platser, i en miljö som är transparent för laserstrålning (glas, vätskor, gaser);
3) svetsning av magnetiska material;
4) liten diameter på ljusstrålen, möjlighet till mikrosvetsning, smal svetssöm med goda estetiska egenskaper;
5) förmågan att automatisera processen;
6) flexibel manipulering av ljusstrålen genom optisk transmission;
7) laserutrustningens mångsidighet (möjligheten att använda för lasersvetsning och skärning, märkning och borrning);
8) möjligheten att svetsa olika material.
Nackdelar med lasersvetsning:
1. Hög kostnad och komplexitet för laserutrustning.
2. Höga krav på förberedelse, rengöring av svetskanter.
3. Omöjlighet att svetsa tjockväggiga delar, otillräcklig kraft.Att öka kraften hos svetslasrar begränsas av det faktum att med en starkare effekt av laserstrålen på metallen sprids den aktivt i svetszonen, vilket skadar enhetens optiska system och inaktiverar lasern på några timmar .