Lāzera metināšana

Lāzermetināšanas metodē detaļu savienošanai izmanto koncentrētu gaismas staru ar augstu enerģijas blīvumu (stara diametrs 0,1 ... 2 mm). Atkarībā no gaismas stara veida lāzera metināšana var būt impulsa un nepārtraukta. Punktsavienojumi tiek metināti impulsa veidā, nepārtrauktām šuvēm tiek izmantots impulsu periodisks vai nepārtraukts starojums. Impulsu metināšanu izmanto arī tad, ja nepieciešams nodrošināt minimālas deformācijas no temperatūras uzkarsēšanas un augstu precizitāti, nepārtraukti — ātrgaitas metināšanai sērijveida vai masveida ražošanā.

Lāzermetināšana tiek izmantota dažādu materiālu savienošanai: tērauds, titāns, alumīnijs, ugunsizturīgie metāli, varš, metālu sakausējumi, dārgmetāli, bimetāli, kuru biezums ir no desmitiem līdz vairākiem milimetriem. Tomēr atstarojošu metālu, piemēram, alumīnija un vara, lāzermetināšana ir nedaudz sarežģīta. Metālu lāzera metināšana ir parādīta att. 2.

Aktīvo metālu metināšana tiek veikta, izmantojot aizsarggāzi strūklas veidā, kas virzīta gaismas stara iedarbības zonā.

1. foto — metināšana ar cietvielu lāzeru: 1 — aktīvā vide (rubīns, granāts, neodīms), 2 — sūkņa lampa, 3 — necaurspīdīgs spogulis, 4 — caurspīdīgs spogulis, 5 — optiskā šķiedra, 6 — optiskā sistēma, 7 — detaļa, 8 — lāzera stars fokusa punktā, 9, 10 — lāzera staru sadalītāji.

2. foto — Materiālu metināmība

Atkarībā no iespiešanās dziļuma ir trīs lāzermetināšanas veidi:

1) mikrometināšana (mazāk par 100 mikroniem),

2) mini metināšana (0,1 ... 1 mm),

3) makro metināšana (vairāk nekā 1 mm).

Tā kā iespiešanās dziļums parasti nepārsniedz 4 mm, lāzermetināšanu plaši izmanto galvenokārt precīzu instrumentu ražošanā, elektronisko ierīču, pulksteņu ražošanā, lidmašīnu būvē, automobiļu rūpniecībā, cauruļu metināšanā, kā arī plaši izmanto juvelierizstrādājumu nozare.

Pirms sadurmetināšanas un pārklāšanās nodrošiniet 0,1 ... 0,2 mm atstarpi. Ar lielām atstarpēm var rasties izdegšana un sintēzes trūkums.

Lāzermetināšanas režīma galvenie parametri ir:

1) impulsa ilgums un enerģija,

2) impulsu frekvence,

3) gaismas stara diametrs,

4) attālums no fokusētā stara mazākās daļas līdz virsmai,

5) metināšanas ātrums. Tas sasniedz 5 mm / s. Lai palielinātu ātrumu, tiek palielināta impulsa frekvence vai tiek izmantots nepārtraukts režīms.

Lāzermetināšanai rūpniecībā izmanto 2 veidu lāzerus:

1) cietvielu - rubīna, neodīma un YAG lāzeri (uz itrija alumīnija granāta bāzes);

2) gāzes CO2 lāzeri.

Pēdējā laikā parādījās arī lāzermetināšanas iekārtas, kuru aktīvais elements ir no kvarca izgatavota optiskā šķiedra.Šādi lāzeri ļauj metināt "problemātiskus" materiālus — varu un misiņu ar augstu atstarošanas spēju, titānu.

Dažādu lāzermetināšanas iekārtu iespējas ir parādītas 1. un 2. tabulā.

CO2 gāzes lāzera metināšanas režīmu piemēri ir parādīti 3. tabulā.

1. tabula. Lokšņu biezums un metināšanas lāzera jauda

2. tabula. Lāzeru pielietojamība

3. tabula. Lāzera sadurmetināšanas režīmi ar gāzes lāzeru

Lāzera stara diametrs parasti ir 0,3 mm. Sadurmetinātām šuvēm, kas metinātas ar siju, kas ir mazāka par 0,3 mm, var būt nepietiekama saķere un caurlaidība. Metināšana ar lāzeriem līdz 10 kW parasti tiek veikta bez pildvielas.

Tā kā lāzermetināšanas laikā karstums ietekmē nelielo laukumu, metinātā šuve ļoti ātri atdziest. Tam var būt gan negatīvas, gan pozitīvas sekas uz metinātā savienojuma kvalitāti. Daudzi metāli nodrošina vislabākās fizikālās un mehāniskās īpašības ar ātru savienojumu dzesēšanu. Tomēr, metinot nerūsējošo tēraudu, tas var izraisīt metinājuma lūzumu. Impulsa platuma palielināšana līdz 10 ms un priekšsildīšana palīdz novērst šo parādību.

Pareizi izvēloties metināšanas materiālus un režīmus, lāzermetināšana nodrošina augstākās kvalitātes šuves.

Lāzera sistēmas var iedalīt 3 kategorijās:

1) Korpusa ierīces. Šādās ierīcēs sagataves novieto īpašā slēgtā telpā, kurā ir neitrāla aizsargājoša atmosfēra un lāzera stars. Metinātājs var kontrolēt un uzraudzīt metināšanas procesu, izmantojot īpašu optisko sistēmu.

2) Ierīces, kas paredzētas metināšanai ārpus telpām.Lāzera staram ir vairākas brīvības pakāpes un tas rada ieprogrammētas kustības. Metināšanas zona ir aizsargāta ar gāzes plūsmu.

3) Ierīces, kas paredzētas manuālai lāzermetināšanai. Lāzera lāpas ir ļoti līdzīgas TIG metināšanas lāpām. Lāzera stars tiek pārraidīts uz lāpu, izmantojot optisko šķiedru. Metināšanas laikā metinātājs vienā rokā tur lāzera degli, bet otrā – pildvielu.

4. tabula. Dažādu lāzermetināšanas veidu salīdzinājums

Lāzermetināšanas priekšrocības ietver:

1) neliels lāzera stara termiskās iedarbības laukums uz materiālu un tā rezultātā nenozīmīgas termiskās deformācijas;

2) metināšanas iespēja grūti sasniedzamās vietās, lāzera starojumam caurspīdīgā vidē (stikls, šķidrumi, gāzes);

3) magnētisko materiālu metināšana;

4) mazs gaismas stara diametrs, mikrometināšanas iespēja, šaura metināšanas šuve ar labām estētiskām īpašībām;

5) spēja automatizēt procesu;

6) elastīga manipulācija ar gaismas staru, izmantojot optisko pārraidi;

7) lāzeriekārtu daudzpusība (iespēja izmantot lāzermetināšanai un griešanai, marķēšanai un urbšanai);

8) dažādu materiālu metināšanas iespēja.

Lāzermetināšanas trūkumi:

1. Lāzera iekārtu augstās izmaksas un sarežģītība.

2. Augstas prasības sagatavošanai, metināšanas malu tīrīšanai.

3. Biezu sienu detaļu metināšanas neiespējamība, nepietiekama jauda.Metināšanas lāzeru jaudas palielināšanu ierobežo fakts, ka, lāzera staram spēcīgāk iedarbojoties uz metālu, tas aktīvi tiek izkliedēts metināšanas zonā, kas bojā iekārtas optisko sistēmu un dažu stundu laikā deaktivizē lāzeru. .