Объяснение лазерной сварки – Лазерная сварка 101 |

Что такое лазерная сварка? Всё о лазерной сварке! Всё, что вам нужно знать о лазерной сварке, включая основные принципы и параметры процесса!

Многие клиенты не понимают основных принципов работы лазерного сварочного аппарата, не говоря уже о выборе подходящего лазерного сварочного аппарата. Однако компания Mimowork Laser готова помочь вам принять правильное решение и предоставить дополнительную поддержку, чтобы помочь вам разобраться в лазерной сварке.

Что такое лазерная сварка?

Лазерная сварка является разновидностью сварки плавлением, при которой в качестве источника сварочного тепла используется лазерный луч. Принцип сварки заключается в том, что определенным способом возбуждается активная среда, формируются резонансные колебания, а затем преобразуются в вынужденный луч излучения. Когда луч и заготовка соприкасаются друг с другом, энергия поглощается заготовкой, когда температура достигает точки плавления материала, можно сваривать.

Согласно основному механизму сварочной ванны, лазерная сварка имеет два основных способа сварки: сварку теплопроводностью и сварку с глубоким проплавлением (сварку в замочную скважину). Тепло, выделяемое при сварке теплопроводностью, передается на заготовку посредством теплопередачи, в результате чего поверхность шва расплавляется, испарения не происходит, что часто используется при сварке низкоскоростных тонких компонентов. Сварка с глубоким проплавлением испаряет материал и образует большое количество плазмы. Из-за повышенного нагрева в передней части расплавленной ванны образуются отверстия. Сварка с глубоким проплавлением является наиболее широко используемым режимом лазерной сварки, она позволяет полностью сваривать заготовку, а подводимая энергия огромна, что обеспечивает высокую скорость сварки.

Параметры процесса лазерной сварки

На качество лазерной сварки влияет множество параметров процесса, таких как плотность мощности, форма лазерного импульса, расфокусировка, скорость сварки и выбор вспомогательного защитного газа.

Плотность мощности лазера

Плотность мощности — один из важнейших параметров лазерной обработки. При более высокой плотности мощности поверхностный слой может быть нагрет до точки кипения за микросекунду, что приводит к значительному испарению. Поэтому высокая плотность мощности выгодна для таких процессов удаления материала, как сверление, резка и гравировка. При низкой плотности мощности температура поверхности достигает точки кипения за несколько миллисекунд, и, прежде чем поверхность начнет испаряться, дно достигает точки плавления, что позволяет легко сформировать качественный сварной шов. Таким образом, при лазерной сварке с теплопроводностью диапазон плотности мощности составляет 104–106 Вт/см2.

Аппарат для лазерной сварки ювелирных изделий с продувкой воздухом

Форма волны лазерного импульса

Форма волны лазерного импульса является не только важным параметром, отличающим удаление материала от плавления, но и ключевым параметром, определяющим объём и стоимость технологического оборудования. При воздействии высокоинтенсивного лазерного луча на поверхность материала, 60–90% энергии лазера отражается от поверхности, что считается потерей. Это особенно актуально для золота, серебра, меди, алюминия, титана и других материалов с высокой отражательной способностью и высокой теплопередачей. Отражательная способность металла изменяется со временем в течение лазерного импульса. Когда температура поверхности материала достигает точки плавления, отражательная способность быстро уменьшается, а когда поверхность находится в состоянии плавления, отражательная способность стабилизируется на определённом значении.

Ширина лазерного импульса

Ширина импульса – важный параметр импульсной лазерной сварки. Ширина импульса определяется глубиной проплавления и зоной термического влияния. Чем длиннее импульс, тем больше зона термического влияния, а глубина проплавления увеличивается пропорционально половине мощности импульса. Однако увеличение ширины импульса снижает пиковую мощность, поэтому увеличение ширины импульса обычно используется для сварки с теплопроводностью, что приводит к образованию широкого и неглубокого сварного шва, особенно подходящего для сварки внахлест тонких и толстых пластин. Однако меньшая пиковая мощность приводит к избыточному подводу тепла, и для каждого материала существует оптимальная ширина импульса, обеспечивающая максимальную глубину проплавления.

Количество расфокусировки

Лазерная сварка обычно требует определённой расфокусировки, поскольку плотность мощности в центре пятна в фокусе лазера слишком высока, что может привести к испарению сварочного материала с образованием отверстий. Распределение плотности мощности относительно равномерно в каждой плоскости, удаленной от фокуса лазера.

Существует два режима расфокусировки:
Положительная и отрицательная дефокусировка. Если фокальная плоскость расположена над заготовкой, дефокусировка положительная, в противном случае — отрицательная. Согласно теории геометрической оптики, при одинаковом расстоянии между положительной и отрицательной дефокусирующими плоскостями и плоскостью сварки плотность мощности в соответствующей плоскости примерно одинакова, но фактически форма получаемой сварочной ванны отличается. При отрицательной дефокусировке достигается большее проплавление, что связано с процессом формирования сварочной ванны.

Скорость сварки

Скорость сварки определяет качество свариваемой поверхности, глубину провара, зону термического влияния и т.д. Скорость сварки влияет на погонную энергию за единицу времени. Если скорость сварки слишком низкая, погонная энергия слишком велика, что приводит к прогоранию детали. Если скорость сварки слишком высокая, погонная энергия слишком мала, что приводит к частичному и неполным сварным швам. Для улучшения провара обычно используют снижение скорости сварки.

Вспомогательный противоударный газ

Вспомогательный защитный газ для обдува — важная процедура при лазерной сварке высокой мощности. С одной стороны, он предотвращает разбрызгивание металла и загрязнение фокусирующего зеркала; с другой стороны, он предотвращает чрезмерную фокусировку плазмы, образующейся в процессе сварки, и предотвращает выход лазера на поверхность материала. В процессе лазерной сварки гелий, аргон, азот и другие газы часто используются для защиты расплавленной ванны, предотвращая окисление заготовки в сварочном процессе. Такие факторы, как тип защитного газа, величина расхода воздуха и угол обдува, оказывают большое влияние на результаты сварки, а различные методы обдува также оказывают определенное влияние на качество сварки.