Лазерная сварка

 

Чистота и состав примесей лазерных газов имеют большое значение для нормальной работы лазеров. Для того чтобы обеспечить оптимальную и продолжительную работу лазера, лазерные газы должны строго соответствовать требованиям по качеству и составу, установленным заводами - изготовителями лазеров. Нежелательные примеси (такие как углеводороды) могут повредить лазерную оптику, что приведет к поломке лазера или замене оптики.

Рекомендуемая чистота  для лазерных газов должна быть не менее 99,995%.

Защитными газами для  лазерной сварки являются:

• Аргон
• Гелий
• Аргон-гелий (Ar-He)

 

Применяемый для сварки инертный защитный газ защищает сварочную  ванну от воздушной среды, делает минимальным разбрызгивание металла, снижает образование дыма, за счет его поглощения лазерным лучом. Другие промышленные газы аналогичного качества и чистоты, которые применяются при лазерной сварке и являются вспомогательными, также поставляются компанией НИИ КМ в баллонах, моноблоках в соответствии с требованиями заказчиков.

Основными газами для  лазерной резки металла являются:

 

Кислород (O2) - применяется для резки углеродистой стали, вступая в реакцию с железом, образует тепло, в результате чего возрастает скорость резки металла.

Азот (N2) - является вспомогательным газом, при резке нержавеющей стали, алюминия, и никелевых сплавов. Азот также используется, при резке малоуглеродистой стали, когда формирование слоя оксидов имеет большое значение. Так как реакции генерации тепла не происходит, при давлениях до 34 атм и выше, будет необходимо удалять расплавленный металл.

Аргон (Ar) - является специальным вспомогательным газом, который предотвращает образование окислов и окалины на вступающих в реакцию металлах, таких как титан.

 

 

 

 

 

 

 

Схема лазерной резки                                       Деталь после лазерной резки

 

Эксимерные смеси

Эксимерные смеси используются в качестве рабочего газа эксимерных лазеров. 

Эксимерный лазер является самым мощным источником ультрафиолетового излучения. Своё название он получил от комбинации двух слов: excited - возбуждённый и dimer – двухатомная молекула. Активное тело таких лазеров состоит из 3х или 4х-компонентной газовой смеси, содержащее инертные газы (Не,Ne,Xe, Kr, Ar) и галогены (F2, HCl). При подаче высокого напряжения в смесь газов атом инертного газа (Xe, Kr, или Ar) и атом галогена (F2 или HCl) формируют молекулу двухатомного газа. Эта молекула находится в возбужденном, крайне нестабильном состоянии и распадается через тысячные доли секунды. Распад созданной в разряде возбужденной двухатомной молекулы приводит к излучению световой волны в ультрафиолетовом диапазоне. Наиболее распространенные типы эксимерных лазеров работают на длинах волн 193 нм (ArF), 248 нм (KrF), 308 нм (XeCl), 351 нм (XeF).

 

Области применения эксимерных лазеров:

- прецизионная обработка  материалов (металлы, керамика, алмазы); 
- фотолитография (производство интегральных схем); 
- производство жидкрокристаллических дисплеев; 
- производство элементов оптоволоконной связи; 
- офтальмология (рефракционная хирургия, глаукома); 
- дерматология; 
- эксимерные лазеры широко применяются в научных исследованиях, промышленности и медицине.

Рабочие характеристики эксимерных лазеров зависят от:

• качества применяемых газов
• чистоты газового оборудования
• герметичности соединений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примеры  лазерной сварки

 

Лазерная сварка высокоуглеродистых хромистых сталей

Разработана технология лазерной сварки высокоуглеродистых хромистых  сталей прошедших объемную термическую обработку. Лазерная сварка не требует предварительного подогрева, последующей термической и механической обработки. Твердость свариваемой стали HRCэ = 60. Геометрические размеры свариваемой детали сохраняются в поле допуска несколько микрон. Механические свойства сварного соединения соответствуют требования конструкторской документации.

Данная технология позволяет  получать детали имеющие различные  физико-технические свойства и внедрена в крупносерийном производстве для  сварки детали компрессора домашнего холодильника. Свариваемая деталь состоит из шарика от шарикоподшипника изготовленного из шарикоподшипниковой стали закаленной до HRCэ = 60.

Данная технология может  быть использована в автомобильной, тракторной, судовой, инструментальной и других отраслях промышленности.

 

Лазерная сварка сталей прошедших химико-термическую обработку

Разработана технология лазерной сварки сталей прошедших химико-термическую обработку и в, частности, прошедших нитроцементацию. Технология лазерной сварки не требует предварительного подогрева, последующей механической, термической обработки и является окончательной сборочной операцией. Механические свойства сварного соединения соответствуют требования конструкторской документации. 

Данная технология разработана  для сварки шестерен коробки передач  автомобиля. Лазерная сварка позволяет заменить шлицевое соединение шестерен, что дает большой экономический эффект. Геометрия свариваемых деталей не выходит за поле допуска.

 

Лазерная сварка сталей пришедших термическую обработку

 

Разработана технология лазерной сварки сталей прошедших термическую  обработку и имеющих твердость HRCэ = 55. Лазерная сварка не требует предварительного подогрева и последующей механической и термической обработки, то есть является окончательной сборочной операцией.

Данная технологи внедрена в массовом производстве для лазерной сварки гидротолкателя автомобильной  промышленности. Геометрия свариваемой  детали находится в поле допуска нескольких микрон. Дефекты в сварном соединении отсутствуют. Механические свойства сварного соединения соответствуют требованиям конструкторской документации.

 

Лазерная сварка нержавеющих  сталей

 

Разработана технология лазерной сварки сильфонов. Лазерная сварка позволяет значительно повысить качество сварного соединения. Области применения : судостроение, авиационная промышленность.

Лазерная сварка конструкционных сталей

 

Разработана технология лазерной сварки шестерни с валом  коробки передач автомобиля. Лазерная сварка производится без предварительного подогрева и последующей термообработки, геометрия свариваемых деталей остается  в поле допуска, последующая механическая обработка сваренной детали не требуется.

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Преимущества лазерной сварки по сроавнению с друними видами сварки очевидны по многим показателям.  Однако широкое применение лазерной сварки сдерживается экономическими соображениями. Стоимость технологических лазеров пока ещё высока, что требует тщательного выбора области применения лазерной сварки. Однако, если применение традиционных способов не дает желаемых результатов либо технически неосуществимо, можно рекомендовать лазерную сварку.

Также следует учитывать, что внедрение лазерной сварки обычно требует достаточно большого объема испытаний сварных швов и отработки технологии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Библиография

 

1. Федосов С.А. Определение качества сварной точки по ее внешнему виду при точечной лазерной сварке с глубоким проплавлением // Сварочное производство. 1992. n.6. С. 16.

2. Материалы интернета