Как работает лазерная сварка?

Лазерная сварка - это точный и эффективный процесс сварки, при котором для соединения металлов или термопластов используется концентрированный лазерный луч. Этот передовой метод обеспечивает высокоскоростную сварку с минимальными деформациями, что делает его предпочтительным выбором в различных отраслях промышленности, включая автомобилестроение, аэрокосмическую промышленность, электронику и производство медицинского оборудования.

Происхождение лазерной сварки

Истоки лазерной сварки можно проследить до начала 1960-х годов, после изобретения самого лазера. Первоначально разработанная для научных и промышленных применений, лазерная технология быстро нашла применение в сварке благодаря своей способности передавать интенсивный нагрев с предельной точностью. На протяжении десятилетий достижения в области лазерных технологий постоянно расширяли возможности и области применения лазерной сварки.

Как работает лазерная сварка?

Лазерная сварка выполняется путем фокусирования лазерного луча высокой интенсивности на соединяемых материалах. Лазерный луч нагревает и расплавляет материал в нужном месте, создавая лужу расплава. При движении лазера вдоль стыка расплавленный материал затвердевает, образуя прочный и точный сварной шов. Процессом можно управлять с высокой точностью, что позволяет получать сложные и высококачественные сварные швы.

Принцип работы лазерных сварочных аппаратов

Основной принцип лазерных сварочных аппаратов основан на высокой плотности энергии лазеров. Лазер генерирует яркий направленный луч, который фокусируется на небольшой площади с помощью оптических систем. Когда этот луч попадает на поверхность заготовки, высокая энергия мгновенно расплавляет материал поверхности, образуя локальную высокотемпературную лужу расплава. Благодаря точному контролю продолжительности действия лазера и распределения энергии создаются прочные и высококачественные сварные швы.

Процесс Преобразования и передачи энергии

Лазерная сварка начинается с того, что лазер генерирует луч, который проходит по оптическому тракту и фокусируется на крошечном пятне. Материал поглощает лазерную энергию, преобразуя ее в тепло. Это быстро повышает локальную температуру, вызывая плавление или даже испарение. Расплавленные материалы смешиваются и затвердевают при охлаждении, образуя сварной шов.

Режимы сварки и управление ими

Лазерная сварка включает в себя различные режимы, такие как непрерывная и импульсная сварка. Настройка параметров, таких как мощность лазера, длительность импульса и частота, позволяет адаптировать к различным материалам и потребностям в сварке. Защитные газы часто используются для предотвращения окисления и обеспечения качества сварного шва.

Виды лазерной сварки

1. Теплопроводная сварка

Теплопроводная сварка - это метод лазерной сварки, используемый для тонких материалов и мелких деталей. Лазерный луч нагревает поверхность материала, и тепло распространяется внутрь за счет теплопроводности, расплавляя материал в области соединения. При этом образуется неглубокая лужа расплава, которая затвердевает при движении лазера, образуя сварной шов. Этот метод идеально подходит для сварки материалов толщиной около 1 мм, поскольку он основан на поверхностном нагреве и ограниченной глубине проникновения.

2. Лазерная Сварка глубокого проникновения /Замочной скважины

При лазерной сварке с глубоким проникновением используется высокоэнергетический лазерный луч для быстрого нагрева и локального расплавления заготовки, создавая прочный и точный сварной шов с минимальной зоной термического воздействия. Этот метод эффективен, точен и может быть адаптирован к различным металлам и толщине, что делает его идеальным для таких отраслей, как аэрокосмическая промышленность и автомобилестроение.

3. Лазерно-дуговая Гибридная сварка

Гибридная лазерно-дуговая сварка сочетает в себе высокую плотность энергии и точность лазеров с эффективностью и экономичностью дуговой сварки, в результате чего получается универсальный, стабильный и действенный метод сварки с широкими перспективами применения.

4. Лазерно-плазменная Коаксиальная Гибридная Сварка

Лазерно-плазменная коаксиальная гибридная сварка сочетает лазерную и плазменно-дуговую сварку для создания источника тепла с высокой плотностью энергии для сварки различных металлических материалов. Эта технология использует преимущества как лазерной, так и плазменной сварки, преодолевая их индивидуальные ограничения. Это уменьшает остаточные напряжения и дефекты пористости сварного шва, обычно связанные с лазерной сваркой, и устраняет неэффективность и большие термические деформации, характерные для плазменной дуговой сварки.

Какие типы лазеров используются при лазерной сварке?

При лазерной сварке используются различные типы лазеров, каждый из которых обладает уникальными преимуществами. К наиболее распространенным типам относятся:

1. CO2-лазеры:

CO2-лазеры широко используются в промышленности для резки, гравировки и сварки как металлических, так и неметаллических материалов. Они обеспечивают превосходное качество луча, малый диаметр луча, равномерное распределение энергии и высокую плотность мощности. CO2-лазеры известны своей адаптивностью и стабильностью, хотя они потребляют значительное количество энергии и имеют относительно большие размеры.

2. Волоконные лазеры:

В волоконных лазерах в качестве среды передачи используются оптические волокна, что делает их компактными, с высокой удельной мощностью, энергоэффективными и очень гибкими. Они являются лучшим выбором в таких областях, как связь и обработка материалов. Преимущества волоконных лазеров включают высокую плотность мощности, превосходное качество луча, стабильные оптические пути и длительный срок службы. Они хорошо подходят для сварки и обработки металлических материалов, таких как сталь, медь, алюминий и нержавеющая сталь.

3. Лазеры на основе Nd: YAG (иттриево-алюминиевого граната, легированного неодимом):

Nd-лазеры - это твердотельные лазеры с длиной волны 1,064 микрометра. Они имеют малый диаметр пятна и высокую плотность энергии луча, что делает их пригодными для детальной обработки поверхностей материалов и небольших компонентов. Датчики Nd широко используются при сварке, резке, маркировке и обработке поверхностей.

4. Полупроводниковые Лазеры:

Полупроводниковые лазеры, или лазерные диоды, используют полупроводниковые материалы в качестве усиливающей среды. Они компактны, высокоэффективны и экономичны. Известные высокой плотностью энергии и быстрым временем отклика, они идеально подходят для телекоммуникаций, хранения данных, медицинских устройств и обработки материалов.

6. Фемтосекундные лазеры:

Фемтосекундные лазеры генерируют ультракороткие импульсы продолжительностью всего несколько фемтосекунд (одна квадриллионная доля секунды). Эти лазеры обладают чрезвычайно высокой точностью и плотностью энергии, что делает их идеальными для применений, требующих минимального теплового воздействия и высокой точности, таких как микрообработка, медицинская хирургия и научные исследования.

Типы лазерных сварочных аппаратов

Ниже приведены некоторые распространенные типы лазерных сварочных аппаратов：

• Автоматические Лазерные Сварочные аппараты: Интегрирован с автоматизированными роботизированными системами для высокоточной и непрерывной сварки. Идеально подходит для крупномасштабного промышленного производства.
• Лазерные Сварочные Аппараты Для передачи волокон: Используйте волоконную оптику для гибкой передачи данных и дистанционного управления. Подходит для работы в ограниченных пространствах или на больших расстояниях.
• Сканирующие Лазерные Сварочные Аппараты Galvo: Используйте высокоскоростное сканирование для точной сварки, которое идеально подходит для серийной сварки прецизионных изделий, таких как электроника и медицинское оборудование.
• Ручные Лазерные Сварочные Аппараты: Легкий и гибкий, подходит для работы на месте в строительной, отделочной и ремонтной отраслях.

Применение лазерной сварки

Лазерная сварка используется в различных областях применения во многих отраслях промышленности, включая:

• Автомобильная промышленность: Для сварки кузовных панелей автомобилей, компонентов трансмиссии и выхлопных систем.
• Аэрокосмическая промышленность: Для соединения компонентов самолета, лопаток турбин и топливных баков.
• Электронная промышленность: Для сварки микроэлектронных устройств, датчиков и разъемов.
• Производство медицинского оборудования: Для прецизионной сварки хирургических инструментов, имплантатов и медицинских инструментов.
• Изготовление ювелирных изделий: Для создания сложных сварных швов в драгоценных металлах.

Понимание того, как работает лазерная сварка и ее различных типов, может помочь промышленным предприятиям выбрать правильный метод для своих конкретных потребностей, что приведет к повышению качества продукции и эффективности производства.