Качество шва при лазерной сварке: Типы соединений и влияющие факторы

Лазерная сварка неуклонно вытесняет другие виды сварочных технологий. В этом нет ничего удивительного — качество сварных швов значительно улучшается благодаря точной фокусировке лазерного луча, что устраняет необходимость в дополнительной обработке. Высокая плотность и прочность материала в местах соединения увеличивают срок службы конструкции, повышают надежность и обеспечивают устойчивость к механическим нагрузкам.

Благодаря этим свойствам лазерная сварка практически стала универсальной технологией. Она широко используется в производстве высокоточных деталей и инструментов, строительстве, ювелирной промышленности, аэрокосмической, судостроительной и других отраслях промышленности. По сути, он подходит везде, где требуется высокое качество сварки. Сегодня мы обсудим факторы, влияющие на качество сварного шва, типы сварочных соединений и способы выбора лазерного оборудования.

Типы сварочных соединений

Сварные соединения классифицируются на основе двух критериев: глубины проплавления и площади контактной поверхности соединяемых деталей. Что касается глубины проплавления, то существует три уровня:

1. Микросварка – не более 0,1 мм. Они используются для соединения тонкопленочных элементов, тонкой проволоки и других мелких компонентов, требующих высокой точности и качества сварки.
2. Мини-сварка – от 0,1 до 1 мм. Подходит для соединения тонких металлических листов, таких как алюминий, сварочной проволоки с основанием большего размера и других подобных технических операций.
3. Макросварка – более 1 мм. Они обычно использовались для соединения металлических листов, профилей и деталей сложной формы толщиной до 12-13 мм, в зависимости от марки сплава и мощности оборудования.

Что касается площади контактной поверхности, то существует два типа соединений: шовные и точечные. Давайте сначала обсудим шовные соединения, поскольку они являются наиболее распространенными.

Шовные соединения

Этот метод используется для сварки деталей, которые должны выдерживать значительные нагрузки или требовать герметичных соединений. Примерами могут служить трубопроводы для воды, нефти и газа, металлические емкости для жидкостей и сыпучих продуктов, строительные конструкции и средства защиты. Лазерное оборудование также может герметизировать корпуса критически важных компонентов, таких как кварцевые резонаторы в высокоточных приборах. Благодаря точной фокусировке лазерного луча частота дефектов может быть снижена почти на 35%.

К основным преимуществам лазерной сварки швов относятся:

– Высокая прочность сварного шва
– Герметизирующая способность
– Устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам

Шовные соединения не имеют каких-либо особенно заметных недостатков. Единственная проблема заключается в том, что этот тип сварки может оказаться невыполнимым или практичным не во всех случаях. В таких сценариях используется точечная сварка.

Точечная сварка

Этот метод используется для сварки небольших компонентов, которые не подвергаются высоким нагрузкам и не могут быть закреплены с помощью других типов соединителей из-за их небольшого размера. Такие изделия включают тонкую проволоку, тонкопленочные элементы, наконечники термопар и ювелирные изделия сложной конструкции. Лазерная точечная сварка также подходит для сварки разнородных металлов: никель-хром, платина-палладий, медь-алюминий и так далее.

Благодаря этим характеристикам данная технология широко используется в производстве печатных плат, полупроводников и высокоточных приборов. Лазерная точечная сварка идеально подходит для изготовления интегральных схем, особенно для соединения проводов с пленочными элементами. Последние изготавливаются из драгоценных и редкоземельных металлов толщиной от 0,3 до 1 микрометра, а диаметр проволоки не превышает 80 микрометров.

Такие крошечные компоненты нельзя соединить с помощью пайки. Вернее, можно, но это привело бы к браковке до 80% изделий. Поэтому при микросварке используется только лазерное оборудование для экономии материалов и времени, необходимых для обработки дефектных изделий.

Однако микро- и мини-сварка - не единственное применение точечной сварки. Она также используется для крепления крупных металлических конструкций перед окончательной сборкой. Впоследствии эти изделия можно сваривать с помощью швов или закреплять другими способами, такими как болтовое соединение. Благодаря сварочному креплению предотвращается смещение элементов конструкции и поддерживаются точные размеры зазоров и щелей.

Преимущества точечной сварки включают в себя:

– Подходит для соединения микрокомпонентов
– Высокая точность и превосходное качество сварки —может использоваться для изготовления важнейших конструктивных элементов и сложных электронных приборов.
– Высокая скорость сварки

К недостаткам относятся отсутствие герметизации швов и несколько меньшая прочность по сравнению с методами изготовления швов. Поэтому этот метод используется только тогда, когда эти условия не требуются.

Что влияет на качество сварного шва?

Первое, что приходит на ум, это уровень квалификации сварщика. Отчасти это верно — их навыки существенно влияют на многие аспекты, но не на все. Существует также несколько важных параметров, таких как свариваемость металла, выбор оборудования и режима сварки, толщина заготовки и скорость охлаждения сварного шва. Начнем с первой характеристики.

Свариваемость

Свариваемость металла зависит от количества углерода — высокоуглеродистые стали (с содержанием углерода более 0,35%) требуют специальных режимов сварки. Кроме того, добавки и примеси в сплавах влияют на этот параметр, потенциально улучшая или ухудшая его. Например, никель и титан повышают свариваемость, в то время как высокие концентрации хрома, кремния и марганца снижают ее. Для улучшения качества сварки плохо свариваемых сплавов могут быть приняты специальные меры, такие как предварительный нагрев заготовки, использование защитных газов и последующая термообработка.

Охлаждение металла

Во время сварки в месте соединения образуется жидкий металл, который при остывании начинает кристаллизоваться. Если материал остывает слишком быстро, могут возникнуть различные дефекты, такие как трещины или деформация заготовки. Поэтому опытные сварщики часто стремятся к естественному охлаждению металла.

При сварке чугуна заготовку следует предварительно разогреть до 600-650°C, как перед началом, так и во время начала и окончания работы. Это обеспечивает прочный сварной шов, который не разрушается от случайных ударов и выдерживает высокое давление. Медленное охлаждение также предотвращает деформацию стенок детали и позволяет избежать появления белого чугуна.

Однако риск возникновения дефектов частично снижается при использовании лазерного сварочного аппарата. Это связано с тем, что площадь нагрева при лазерной сварке очень мала, и тепло практически не выходит за пределы ванны с расплавом. Следовательно, лазеры могут использоваться для сварки термочувствительных металлов и сплавов. Несмотря на это, все рекомендации относительно предварительного нагрева и охлаждения заготовки остаются в силе.

Понимая эти факторы, вы можете обеспечить высокое качество сварных швов и выбрать соответствующее вашим потребностям лазерное оборудование.