Лазерная сварка и резка металла

Лазерная сварка — сварка плавлением, при которой для нагрева используется энергия излучения лазера.

Лазерный луч представляет собой вынужденное монохроматическое излучение. Источником светового излучения является оптический квантовый генератор — лазер. Длина волны излучения, в зависимости от природы рабочего тела лазера, лежит в пределах от 0,1 до 10 мкм.

Атомы вещества имеют определенный запас энергии и находятся в устойчивом энергетическом состоянии. Если атому дать дополнительную энергию («накачка» или «возбуждение» атома), он выйдет из равновесного состояния. Излучение возникает в результате вынужденных скачкообразных переходов атомов рабочего тела лазера на более низкие орбиты. При этом возбужденный атом стремится вернуться в устойчивое энергетическое состояние и отдаст квант энергии в виде фотона. Испускание света можно инициировать воздействием внешнего фотона, обладающего энергией, соответствующей разнице энергий атома в возбужденном и нормальном состоянии. В результате генерируются два фотона с одинаковой частотой. Одновременно протекает и обратный переход. Поэтому для получения заметной генерации вынужденного излучения необходимо добиться превалирования переходов с возникновением новых фотонов. Этого можно добиться воздействием различных источников энергии (световой, тлеющий или электрический разряд; химическая реакция). Энергия единичного импульса невелика, но эта энергия выделяется за 10~6 с на площади 0,01 мм2. Поэтому в фокусе луча обеспечивается температура 6000—8000°С. В месте попадания луча (на поверхности заготовки) металл мгновенно нагревается и испаряется.

Схема процесса лазерной сварки приведена на рис. 5.12, а. При плотности тока около 104 Вт/мм2 в пятне нагрева начинается локальное испарение металла. В расплавленном металле 2 образуется полость 3. Давление паров испаряющегося металла заготовок 1 не дает полости 3 захлопнуться под действием гидростатических сил расплава.

Лазерная сварка

Рис. 5.12. Лазерная сварка:

а — схема; б, в — сварной шов (титан, нержавеющая сталь, волоконный лазер НТЦ «Электроника»: мощность — 1 кВт; защитный газ — аргон; скорость сварки — 350 мм/с); 1 — заготовки; 2 — расплавленный металл; 3 — полость; 4 — лазерный луч; 5 — сварной шов

При соответствующей скорости перемещения (Vc) лазерного луча 4 образовавшаяся полость приобретает динамическую устойчивость и движется вместе с лучом. Перед полостью 3 происходит плавление металла, а позади нее — затвердевание. При наличии полости 3 излучение поглощается не только поверхностью металла заготовок, но и в его глубине. После прохождения луча 4 полость заполняется жидким металлом 2, и образуется узкий сварной шов 5 (рис. 5.12, б, в), глубина которого значительно больше его ширины.

Лазерная сварка позволяет:

  • • соединять разнородные металлы при толщине заготовок от 0,5 до 10 мм и скорости сварки до 50 м/мин;
  • • обеспечивать небольшое тепловое влияние на околошовную зону и малые деформации готового изделия;
  • • легко автоматизировать процесс сварки;
  • • сваривать конструкции, которые невозможно соединять обычными способами сварки;
  • • сваривать труднодоступные места и получать криволинейные сварные швы;
  • • отношение длины сварного шва к его ширине лежит в пределах (4 : 1)—(30 : 1) (кинжальный шов).

Лазерную сварку малых толщин применяют в электронной и радиотехнической промышленности для сварки проводов, элементов микросхем, при ремонте вакуумных приборов и т.д. Лазерную сварку с глубоким проплавлением применяют при производстве корпусных деталей, валов (в том числе карданных), осей, для сварки груб, арматурных конструкций.

Лазерная резка применяется для резки заготовок со сложным контуром из листовых материалов. Сфокусированным лазерным лучом можно разрезать практически любые материалы. Лазерная резка позволяет получать узкий и точный рсз с минимальной зоной термического влияния. Отсутствие механического воздействия на материал позволяет разрезать лсгкодсформирусмыс и нежесткие заготовки.

Контрольные вопросы

  • 1. Что такое сборочная единица?
  • 2. Какими способами можно получить неразъемные соединения?
  • 3. Как производится пайка деталей?
  • 4. Что такое клепка?
  • 5. Какова внешняя вольт-амперная характеристика трансформаторов, применяемых для ручной дуговой сварки?
  • 6. Почему сварка под слоем флюса дает лучшее качество сварного шва, чем ручная дуговая сварка?
  • 7. Можно ли получить непрерывный шов точечной контактной сваркой и почему?
  • 8. Какой из изученных вами видов сварки позволяет получить кинжальный шов?
  • 9. Какой вид энергии вносят в зону сварки при сварке давлением?
  • 10. Почему при сварке в среде углекислого газа применяют электродную проволоку, легированную марганцем или кремнием?
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >