Συγκόλληση με λέιζερ

Στη μέθοδο συγκόλλησης με λέιζερ, χρησιμοποιείται μια συγκεντρωμένη δέσμη φωτός με υψηλή ενεργειακή πυκνότητα (διάμετρος δέσμης 0,1 ... 2 mm) για τη σύνδεση εξαρτημάτων. Ανάλογα με τον τύπο της δέσμης φωτός, η συγκόλληση με λέιζερ μπορεί να είναι παλμική και συνεχής. Οι σημειακοί σύνδεσμοι συγκολλούνται με παλμικό τρόπο, για συνεχείς ραφές χρησιμοποιείται παλμική-περιοδική ή συνεχής ακτινοβολία. Η παλμική συγκόλληση χρησιμοποιείται επίσης όταν είναι απαραίτητο να εξασφαλιστούν ελάχιστες παραμορφώσεις από τη θέρμανση θερμοκρασίας και υψηλή ακρίβεια, συνεχώς — για συγκόλληση υψηλής ταχύτητας σε σειριακή ή μαζική παραγωγή.

Η συγκόλληση με λέιζερ χρησιμοποιείται για την ένωση διαφόρων υλικών: χάλυβας, τιτάνιο, αλουμίνιο, πυρίμαχα μέταλλα, χαλκός, κράματα μετάλλων, πολύτιμα μέταλλα, διμετάλλα, με πάχος από δεκάδες έως αρκετά χιλιοστά. Ωστόσο, η συγκόλληση με λέιζερ ανακλαστικά μέταλλα όπως το αλουμίνιο και ο χαλκός είναι κάπως δύσκολη. Η συγκόλληση μετάλλων με λέιζερ φαίνεται στο σχ. 2.

Η συγκόλληση ενεργών μετάλλων πραγματοποιείται με τη χρήση προστατευτικού αερίου με τη μορφή πίδακα που κατευθύνεται στην περιοχή έκθεσης στη δέσμη φωτός.

Φωτογραφία 1 — Συγκόλληση σε λέιζερ στερεάς κατάστασης: 1 — ενεργό μέσο (ρουμπίνι, γρανάτης, νεοδύμιο), 2 — λάμπα αντλίας, 3 — αδιαφανές κάτοπτρο, 4 — ημιδιαφανές κάτοπτρο, 5 — οπτική ίνα, 6 — οπτικό σύστημα, 7 — λεπτομέρεια, 8 — ακτίνα λέιζερ στο σημείο εστίασης, 9, 10 — διαχωριστές δέσμης λέιζερ.

Φωτογραφία 2 — Συγκολλησιμότητα υλικών

Σύμφωνα με το βάθος διείσδυσης, υπάρχουν τρεις τύποι συγκόλλησης με λέιζερ:

1) μικροσυγκόλληση (λιγότερο από 100 μικρά),

2) μίνι συγκόλληση (0,1 ... 1 mm),

3) macro συγκόλληση (πάνω από 1 mm).

Δεδομένου ότι το βάθος διείσδυσης συνήθως δεν υπερβαίνει τα 4 mm, η συγκόλληση με λέιζερ χρησιμοποιείται ευρέως κυρίως στην κατασκευή εργαλείων ακριβείας, στην κατασκευή ηλεκτρονικών συσκευών, ρολογιών, στην κατασκευή αεροσκαφών, στην αυτοκινητοβιομηχανία, στη συγκόλληση σωλήνων και επίσης χρησιμοποιείται ευρέως σε η βιομηχανία κοσμήματος.

Πριν από τη συγκόλληση και την επικάλυψη, βεβαιωθείτε ότι υπάρχει κενό 0,1 ... 0,2 mm. Με μεγάλα κενά, μπορεί να εμφανιστεί εξάντληση και έλλειψη σύνθεσης.

Οι κύριες παράμετροι της λειτουργίας συγκόλλησης με λέιζερ είναι:

1) διάρκεια και ενέργεια παλμού,

2) συχνότητα παλμού,

3) η διάμετρος της δέσμης φωτός,

4) την απόσταση από το μικρότερο τμήμα της εστιασμένης δέσμης μέχρι την επιφάνεια,

5) ταχύτητα συγκόλλησης. Φτάνει τα 5 mm / s. Για να αυξηθεί η ταχύτητα, αυξάνεται η συχνότητα παλμού ή χρησιμοποιείται συνεχής λειτουργία.

Η βιομηχανία χρησιμοποιεί 2 τύπους λέιζερ για συγκόλληση με λέιζερ:

1) λέιζερ στερεάς κατάστασης - ρουμπίνι, νεοδυμίου και λέιζερ YAG (με βάση γρανάτης αλουμινίου υττρίου).

2) λέιζερ αερίου CO2.

Πρόσφατα εμφανίστηκαν και μηχανές συγκόλλησης με λέιζερ, το ενεργό στοιχείο των οποίων είναι μια οπτική ίνα από χαλαζία.Τέτοια λέιζερ επιτρέπουν τη συγκόλληση «προβληματικών» υλικών — χαλκού και ορείχαλκου με υψηλή ανακλαστικότητα, τιτάνιο.

Οι δυνατότητες διαφόρων μηχανών συγκόλλησης με λέιζερ φαίνονται στους Πίνακες 1 και 2.

Παραδείγματα τρόπων συγκόλλησης με λέιζερ αερίου CO2 φαίνονται στον Πίνακα 3.

Πίνακας 1 — Πάχος φύλλου και ισχύς λέιζερ συγκόλλησης

Πίνακας 2 — Εφαρμογή λέιζερ

Πίνακας 3 — Τρόποι συγκόλλησης άκρου λέιζερ με λέιζερ αερίου

Η διάμετρος της δέσμης λέιζερ είναι συνήθως 0,3 mm. Οι συγκολλήσεις άκρου που συγκολλούνται με δοκό μικρότερη από 0,3 mm μπορεί να έχουν έλλειψη πρόσφυσης και έλλειψη διείσδυσης. Η συγκόλληση με λέιζερ έως 10 kW γίνεται συνήθως χωρίς πλήρωση.

Λόγω της μικρής περιοχής που επηρεάζεται από τη θερμότητα κατά τη συγκόλληση με λέιζερ, η συγκόλληση ψύχεται πολύ γρήγορα. Αυτό μπορεί να έχει αρνητικές και θετικές συνέπειες για την ποιότητα της συγκολλημένης άρθρωσης. Πολλά μέταλλα δίνουν τις καλύτερες φυσικές και μηχανικές ιδιότητες με την ταχεία ψύξη των αρμών. Ωστόσο, κατά τη συγκόλληση ανοξείδωτου χάλυβα, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε θραύση της συγκόλλησης. Η αύξηση του πλάτους του παλμού στα 10 ms και η προθέρμανση βοηθούν στην εξάλειψη αυτού του φαινομένου.

Με τη σωστή επιλογή υλικών και τρόπων συγκόλλησης, η συγκόλληση με λέιζερ παράγει ραφές υψηλότερης ποιότητας.

Τα συστήματα λέιζερ μπορούν να χωριστούν σε 3 κατηγορίες:

1) Συσκευές περιβλήματος. Σε τέτοιες συσκευές, τα τεμάχια εργασίας τοποθετούνται σε ειδικό κλειστό χώρο που περιέχει προστατευτική ουδέτερη ατμόσφαιρα και δέσμη λέιζερ. Ο συγκολλητής μπορεί να ελέγχει και να παρακολουθεί τη διαδικασία συγκόλλησης χρησιμοποιώντας ένα ειδικό οπτικό σύστημα.

2) Συσκευές που προορίζονται για εξωτερική συγκόλληση.Η δέσμη λέιζερ έχει αρκετούς βαθμούς ελευθερίας και παράγει προγραμματισμένες κινήσεις. Η ζώνη συγκόλλησης προστατεύεται από ροή αερίου.

3) Συσκευές που προορίζονται για χειροκίνητη συγκόλληση με λέιζερ. Οι φακοί λέιζερ μοιάζουν πολύ με τους φακούς συγκόλλησης TIG. Η δέσμη λέιζερ μεταδίδεται στον φακό χρησιμοποιώντας μια οπτική ίνα. Κατά τη συγκόλληση, ο συγκολλητής κρατά τον φακό λέιζερ στο ένα χέρι και το υλικό πλήρωσης στο άλλο.

Πίνακας 4 — Σύγκριση διαφορετικών τύπων συγκόλλησης με λέιζερ

Τα πλεονεκτήματα της συγκόλλησης με λέιζερ περιλαμβάνουν:

1) μια μικρή περιοχή θερμικής επίδρασης της δέσμης λέιζερ στο υλικό και, ως αποτέλεσμα, ασήμαντες θερμικές παραμορφώσεις.

2) η δυνατότητα συγκόλλησης σε δυσπρόσιτα σημεία, σε περιβάλλον διαφανές στην ακτινοβολία λέιζερ (γυαλί, υγρά, αέρια).

3) συγκόλληση μαγνητικών υλικών.

4) μικρή διάμετρος της δέσμης φωτός, δυνατότητα μικροσυγκόλλησης, στενή ραφή συγκόλλησης με καλά αισθητικά χαρακτηριστικά.

5) η δυνατότητα αυτοματοποίησης της διαδικασίας.

6) ευέλικτο χειρισμό της δέσμης φωτός μέσω οπτικής μετάδοσης.

7) η ευελιξία του εξοπλισμού λέιζερ (η δυνατότητα χρήσης για συγκόλληση και κοπή με λέιζερ, σήμανση και διάτρηση).

8) δυνατότητα συγκόλλησης διαφορετικών υλικών.

Μειονεκτήματα της συγκόλλησης με λέιζερ:

1. Υψηλό κόστος και πολυπλοκότητα εξοπλισμού λέιζερ.

2. Υψηλές απαιτήσεις για προετοιμασία, καθαρισμό άκρων συγκόλλησης.

3. Αδυναμία συγκόλλησης εξαρτημάτων με παχύ τοίχωμα, ανεπαρκής ισχύς.Η αύξηση της ισχύος των λέιζερ συγκόλλησης περιορίζεται από το γεγονός ότι με ισχυρότερη επίδραση της δέσμης λέιζερ στο μέταλλο, διασκορπίζεται ενεργά στη ζώνη συγκόλλησης, γεγονός που καταστρέφει το οπτικό σύστημα της συσκευής και απενεργοποιεί το λέιζερ σε λίγες ώρες .