Лазерная сварка
Что такое лазерная сварка?
В первую очередь надо вспомнить – что такое сварка. Вообще. И без базовых знаний, к сожалению, тут не обойтись. Поэтому вспоминайте, а мы продолжим.
Сварку определяют, как получение неразъёмных соединений через установление межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, пластическом деформировании или совместном воздействии того и другого. Чтобы получить эти межатомные связи, в самом простейшем случае, достаточно две детали сблизить между собой на расстояние, приблизительно равное межатомному. Но в процессе сближения мы заметим, что детали начинают отталкиваться друг от друга и нам надо прикладывать гораздо большее усилие для сближения, чем предполагалось вначале.
Прилагаемое усилие – это энергия в чистом виде. В привычных нам способах сварки эта энергия вкладывается в детали посредством сварочной дуги.
Но всё изменилось в 60-х годах прошлого века с момента изобретения, собственно, лазера.
Термин «лазер» - это аббревиатура и он состоит из первых букв английской фразы: «Light amplification by the stimulated emission of radiation», что дословно можно перевести как: «Усиление света индуцированием эмиссии излучения». Смысл сказанного в том, что лазер преобразует энергию (в большинстве своём электрическую) в электромагнитную, т.е. – излучение. Тут можно было бы возразить, что самая обыкновенная лампа накаливания делает тоже самое. И это абсолютно верно. Вся соль лазера - это как раз качество излученной энергии. И тут ему нет равных. Лампа накаливания излучает весь спектр электромагнитных волн, причем с разным временем испускания(фазой). Поэтому собрать такое излучение для получения приемлемой энергии для сварки невозможно. Лазер же, в отличие от всех других преобразователей энергии, испускает когерентное излучение. И монохромное.
Т.е. лазер испускает излучение строго одной длины волны. Излучение это синфазно. И качество этого излучения пока что невозможно превысить.
Что это даёт? Применительно к сварке – это возможность получения гигантских плотностей энергии, которые обычной дуге и не снились. А также минимальную площадь воздействия, ибо нет интерференции. И возможность подобрать источник излучения с чётко заданной длиной волны для каждого конкретного металла (эта задача пока в стадии решения, но научились варить с использованием одной длины волны).
Теперь перестаём упоминать научные термины и переходим к сварочным.
Мы пришли к тому, что сварочную дугу можно заменить лазерным излучением. Основано это на том, что все металлы излучение поглощают. Да, конечно, часть излучения отражается от поверхности, и для разных металлов и поверхностей эта часть меняется и порой – существенно. Но оставшейся, поглощенной, - достаточно, чтобы металл расплавить. А там, где металл расплавили, получить сварку – легче лёгкого.
Теперь лазерная сварка уже не кажется чем-то космическим и недоступным. Теперь, если рассмотреть сварочный пост для лазерной сварки, то он не кажется фантастикой, ибо у нас есть обычный железный ящик в качестве источника энергии, который точно так-же подключается к розетке. Точно так же есть специальный инструмент для манипуляций энергией (сварочная горелка). И абсолютно стандартный, соответствующий всем правилам баллон со сжатым газом для защиты расплавленного и нагретого металла от кислорода воздуха, чтоб он не окислялся.
Таким образом у нас и получается, что лазерная сварка перестает быть диковинкой, уделом военных и космонавтов, а просачивается в повседневную сварочную жизнь.
Теперь стоит уделить некоторое внимание существующим типам лазеров. На текущий момент наиболее распространены три основных конструктивных типа лазеров:
-
твердотельные
-
газодинамические
-
волоконные
Все эти системы имеют свои достоинства и недостатки, а область их применения основывается на характеристиках их излучения.
Предоставляемое нами оборудование является последним достижением ученых – т.н. волоконным лазером. В обычных системах источник излучения – это одно устройство, а волновод – это другое устройство. В волоконных лазерах волновод и есть источник излучения. Этим достигается достаточно высокий КПД системы, а самое главное – высокая надёжность системы. Хотя никто не отменяет человеческий фактор – и мега защищенный лазер-волновод можно повредить. И тут к нам подкрадывается, наверное, единственный недостаток лазерных систем – сложность в ремонте. В случае повреждения волновода отремонтировать его сможет только производитель.
Лазер - как это работает
Источник лазерного излучения генерирует лазерный луч с заданными свойствами. Этот луч по волноводу транспортируется к месту сварки и с помощью специального приспособления, объединяющего фокусирующий блок, блок подачи защитного газа, блок подачи присадочной проволоки (если надо) и блок защиты – направляется на свариваемый металл. Это приспособление выполнено в виде рукояти молоткового или пистолетного типа. Сфокусированное излучение поглощается металлом и мгновенно расплавляет его, а также присадочную проволоку (если необходимо), и расплавленный металл образует общую для двух заготовок сварочную ванну, и, собственно, формируется сварочный шов.
Преимущества и недостатки сварки лазером
Преимуществом лазерной сварки является огромная плотность энергии, что позволяет производить сварку с огромными скоростями, недостижимыми обычными способами. Это дает минимально возможную погонную энергию – и как результат – минимальную деформацию.
Тут же рядом – и возможность сварки алюминия. И меди с её сплавами (но теплопроводность этих никуда не девается).
Сварка выполняется во всех пространственных положениях без применения специальных приёмов, т.е. – легко и непринужденно.
Также преимуществом лазерной сварки является гораздо меньшие требования к квалификации сварщика.
Сварочные работы с применением лазерной сварки очень легко автоматизировать и роботизировать. Искусственный интеллект не может уронить заготовку на волновод, и ему не надо отдыхать. Включил – и работает 24\7.
Стоит рассмотреть и недостатки таких систем. Основной - это низкий КПД, т.е. лазерный сварочный аппарат требует применения специальной системы охлаждения. Что приводит нас ко второму недостатку – это её стоимость. Стоит обратить внимание и на непривычную пока щепетильность в вопросах обслуживания лазерного сварочного аппарата, ибо замена защитной линзы пока что слабо сочетается со сварочным цехом))). Это же оптика, тут не должно быть ни пылинки. А тут сварочный участок и радом слесарь занимается сборкой))). Поэтому придётся повышать культуру производства.