Подобно электронно-лучевая сварка (EBW), сварки лазерным лучом имеет высокую плотность мощности (около 1 МВт / см2) в результате малого зоны воздействия тепла и высокие скорости нагрева и охлаждения. Размер пятна лазера может колебаться от 0,2 мм до 13 мм, хотя для сварки используются только меньшие размеры. Глубина проникновения пропорциональна количества поданной энергии, но также зависит от места расположения фокус: проникновение максимизируется, когда фокусное точка находится немного ниже поверхности заготовки
В зависимости от применения можно использовать непрерывный или импульсный лазерный луч. Импульсы длиной в миллисекунды используются для сварки тонких материалов, таких как лезвия для бритвы, тогда как для глубоких сварных швов применяются непрерывные лазерные системы.
LBW — это универсальный процесс, способен сваривать углеродистые стали, Стали HSLA, нержавеющая сталь, алюминий, и титан. За высокую скорость охлаждения растрескивание вызывает беспокойство при сварке высокоуглеродистых сталей. Качество сварного шва высокая, подобная электронно-лучевая сварка. Скорость сварки пропорциональна количеству поданной мощности, но также зависит от типа и толщины заготовок. Высокая мощность газовые лазеры делают их особенно пригодными для больших объемов программ. LBW особенно доминирующим в автомобильной промышленности. Подробное описание технологии лазерной сварки только на страницах нашего специализированного сайта.
Некоторые преимущества LBW в сравнении с EBW:
- лазерный луч может передаваться через воздух, а не требовать вакуума
- процесс легко автоматизируется с помощью роботизированная техника
- рентгеновские лучи не генерируются
- LBW приводит к получению более качественных сварных швов
Производная LBW, лазерно-гибридная сварка, сочетающий лазер с ННЧ методом дуговой сварки, таким как дуговая сварки газовым металлом. Эта комбинация обеспечивает большую гибкость позиционирования, поскольку GMAW поставляет расплавленный металл для заполнения соединения, а благодаря использованию лазера увеличивает скорость сварки по сравнению с нормально возможным при GMAW. Качество сварного шва, как правило, также выше, поскольку потенциал подрезки уменьшается.[3]
Оборудование
Автоматизация и CAM
Хотя сварки лазерным лучом можно осуществить вручную, большинство систем автоматизированы и используют систему автоматизированное производство на основе автоматизированные конструкции.[4][5][6] Лазерная сварка также можно совместить с фрезеровкой, чтобы сформировать готовую деталь.[7]
Недавно RepRap проект, над которым исторически работал изготовление плавленых нитей, расширенный к разработке систем лазерной сварки с открытым кодом.[8] Такие системы были полностью охарактеризованы и могут быть использованы в широком спектре применений, одновременно снижая обычные производственные расходы.[9]
Лазеры
- Обычно используются два типа лазеров твердотельные лазеры (особенно рубиновые лазеры и Nd: YAG лазеры) и газовые лазеры.
- Первый тип использует один из нескольких твердых сред, включая синтетический рубин (хрома в оксид алюминия), неодим в стекле (Nd: стекло), и самый распространенный тип, неодим в иттрия алюминий — гранат (Nd: YAG).
- В газовых лазерах используются смеси газов, таких как гелий, азотаи углекислый газ (СО2-лазер) как среду.
- Однако независимо от типа, когда среда возбуждается, оно излучает фотоны и образует лазерный луч.
Твердое состояние
Твердотельные лазеры работают на длинах волн порядка 1микрометр, гораздо короче газовые лазеры, используемые для сварки, и как результат требуют, чтобы операторы носили специальные очки или использовали специальные экраны, чтобы предотвратить повреждение сетчатки. Лазеры Nd: YAG могут работать как в импульсном, так и в непрерывном режиме, но другие типы ограничиваются импульсным режимом. Оригинальный и до сих пор популярный твердотельный дизайн — это монокристалл в форме стержня диаметром примерно 20 мм и длиной 200 мм, а торцы шлифуются плоскими. Этот стержень окружен вспышка трубки содержат ксенон или криптон. При стихании лазер излучает импульс света длительностью около двух миллисекунд. Кристаллы в форме диска растут в популярности в отрасли, а фонарики уступают место диодам через их высокую эффективность. Типичная выходная мощность рубиновых лазеров составляет 10-20 Вт, тогда как лазер Nd: YAG выдает от 0,04–6000 Вт. Для подачи лазерного луча в зоне сварного шва обычно используется волоконная оптика.
Газ
Газовые лазеры используют высоковольтные источники тока с низким током для подачи энергии, необходимой для возбуждения газовой смеси, которая используется как среда для генерации. Эти лазеры могут работать как в непрерывном, так и в импульсном режиме, а длина волны пучка газового лазера СО2 составляет 10,6 мкм, глубокое инфракрасное, то есть ` тепло «. Волоконно-оптический кабель поглощает и разрушается этой длиной волны, поэтому используется жесткая система доставки линз и зеркал. Выходная мощность газовых лазеров может быть намного выше, чем твердотельные, достигая 25кВт.[10]
Клетчатка
В волоконные лазеры, основной средой является именно оптическое волокно. Они имеют мощность до 50 кВт и все чаще используются для промышленного роботизированного сварки.
Доставка лазерного луча
Современные аппараты для сварки лазерным лучом можно разделить на два типа. В традиционный типа, лазерный выход перемещается, чтобы следовать шву. Обычно это достигается с помощью робота. Во многих современных приложениях удаленный применяется лазерно-лучевая сварка. В этом методе лазерный луч перемещается вдоль шва с помощью a лазерный сканер, так что роботу руке больше не нужно следовать за швом. Преимуществами дистанционной лазерной сварки является высокая скорость и выше точность процесса сварки.