Лазерная сварка. Схема, процесс, применение

Применяемый для расплавления ме­талла при сварке лазерный луч представ­ляет собой вынужденное монохроматиче­ское излучение, длина волны которого зависит от природы рабочего тела лазера - излучателя и может быть в диапазоне 0,1... 1000 мкм. Оно возникает в резуль­тате вынужденных скачкообразных пере­ходов возбужденных атомов рабочих тел лазеров на более низкие энергетические уровни.

Устройство излучателя твердотельного лазера:

1 – рабочее тело (рубин, стекло с неодимом и др.), 2 – резонаторы; 3 – источник излучения; 4 – отражатель; 5 – оптическая система; 6 – обрабатываемый объект.

Наиболее часто используемые на прак­тике лазеры имеют следующие длины волн: гелий-неоновый 0,6328 мкм, руби­новый 0,6943 мкм, стекло с неодимом 1,06 мкм, СO₂-лазеры 10,6 мкм. Чем меньше длина волны лазерного излучения, тем больше его способность беспрепятст­венно проходить через вещество.

Твердотельные лазеры обычно имеют относительно небольшую мощность: рабо­тающие в непрерывном режиме не свыше 250... 500 Вт; в импульсно-периодическом или импульсном - до 300 Вт. Однако энер­гия одиночного импульса может достигать 100 Дж и более, что обеспечивает плот­ность мощности в фокусе свыше 10⁹ Вт/см².

Для получения непрерывного излуче­ния большей мощности (5... 10 кВт и бо­лее) применяют так называемые газовые лазеры. Рабочим веществом у них чаще всего является СО₂.

Перед обра­боткой материалов, у которых от­ражательная способность велика (Ag, Си, А1 и др.), поверхность покрывают специ­альными "зачерняющими" покрытиями.

Основными параметрами режимов ла­зерной обработки являются мощность из­лучения, диаметр пятна фокусировки, скорость перемещения обрабатываемого материала относительно луча.

Преимуществами лазерной сварки яв­ляются возможность вести процесс на больших скоростях - до 500 м/ч, узкий ("ниточный", "кинжальный") шов, чрез­вычайно малая зона разогрева, практиче­ски отсутствие деформаций изделия после сварки.

Сварку можно про­водить в различных пространственных положениях. Приме­няют сварку с присадкой и без присадки. Различают сварку малых толщин (глубина проплавления до 1 мм) и сварку с глубо­ким проплавлением.

Лазерную сварку малых толщин широ­ко применяют в электронной и радиотех­нической промышленности. В других отраслях промышленности ла­зерную сварку малых толщин применяют для заваривания аэрозольных баллонов и консервных банок, герметизации капсул для лекарств, сварки деталей турбин, со­товых конструкций и др.

Лазерную сварку с глубоким проплав­лением широко используют в производст­ве крупногабаритных корпусных деталей; валов и осей, работающих в условиях знакопеременных нагрузок (карданных валов ав­томобиля); при изготовлении деталей ме­ханизмов и машин, состоящих из разных материалов; для сварки труб, арматурных конструкций и в ряде других производств.

По сравнению с электронно-лучевой сваркой лазерная сварка не требует специальных вакуумных камер, электронное излучение обладает большей "проникающей способностью".

Высокое качество сварного шва, полу­ченного с помощью лазерного излучения, в ряде случаев позволяет исключить его последующую обработку.