Немного о технологии и правилах лазерной сварки

   Лазерные технологические установки (ЛТУ) для сварки оказываются незаменимыми, где необходимо быстро и качественно выполнить сварное соединение. Импульсные ЛТУ, которые в отличие от непрерывных и квазинепрерывных не требуют больших капитальных затрат, находят свое применение от аэрокосмической, электротехнической, ювелирной промышленности  и в частных мастерских.

Лазерная сварка позволяет сваривать тугоплавкие металлы-титан, молибден, ковар и др. , проводить микролокальную сварку, сваривать материал короткими импульсами, что исключает нежелательные структурные изменения в материале из-за подавления диффузных процессов; выполнять сварку в труднодоступных местах, бесконтактно и без загрязнений; соединять  материалы с различными теплофизическими и механическими свойствами. А также контроль мощности, длительности  импульса во времени и пространстве,  возможность оперативного управления процессом - все это, вместе взятое, создает привлекательность лазерной сварки.

Лазерная сварка - это  энергоемкий процесс, который требует плавления материала. При плавлении  металла  изменяется его электропроводность- уменьшается скачком в 2-3 раза , что ведет к изменению скачком  теплопроводности и отражательной способности , что в свою очередь требует дополнительных затрат тепла на плавление. В этом случае для решения этой проблемы часто прибегают к использованию дополнительной энергии или специальной  реактивной среды.

Важным моментом процесса сварки лазером является возможность получения максимальной глубины проплава без выплеска, что необходимо для повышения надежности. А поскольку выплеск связан с испарительным  режимом, то  температура поверхности расплава не должна превышать Т кипения.  Максимальную глубину проплавления можно получить, увеличивая длительность импульса, или время облучения с одновременным уменьшением плотности мощности излучения. Дополнительные возможности, связанные с глубиной проплавления лазерным излучением, относятся к формированию специальной формы импульса. За время действия лазерного излучения на материал возникают два процесса- формируется глубокий канал кинжала, облегчающий доступ излучения в материал; и поглощение излучения продуктами эрозии (частицы пара) из зоны проплава.  Данный физический механизм ведет к образованию узких сварных швов,  получаемых при высоких скоростях сварки с минимальными  тепловыми  нагрузками на деталь.

Использование же импульсного режима работы лазера  уменьшает поглощение излучения материалом и тем самым увеличивает глубину проплава, примерно в  4-10раз, по сравнению с непрерывным режимом работы,  при одинаковой плотности мощности.

 Как правило, поперечное сечение  сварного шва рассчитывается заранее, исходя из условий эксплуатации изделия, - сил и крутящих моментов, воздействующих на деталь.

 Для классической сварки характерным критерием является ширина сварного шва, а также способность детали выдерживать эксплуатационные нагрузки.

 Поперечное сечение сварного шва  пропорционально энергии, приходящейся на единицу длины, это есть  отношение мощности лазера к скорости сварки.

Различают две скорости сварки -низкая и высокая. Скорость сварки во многом зависит от заданной производительности.

 При низких скоростях сварки ≤ 2м/мин (сталь) глубина шва не зависит от фокусного размера  пятна.

При высоких скоростях глубина шва соотносится с мощностью лазера,  поделенной  на размер фокусного пятна.

Положение фокуса и глубина фокуса относительно поверхности являются  одним из факторов  при прогнозировании формы поперечного сечения сварного шва.

 В небольших пределах форма шва может варьироваться изменением положения фокуса и и глубиной фокусировки. Более широкий сварной шов можно получить, используя двухфокусную оптику или используя колебания  сканирующего устройства для  формирования .фокусного пятна излучения.  

Качество сварки во многом зависит от геометрии шва, формы стыка, свойств материала , что в свою очередь обуславливает брызгообразование, неравномерность валика сварного шва.