Сварка волоконным лазером: Лазерная сварка купить ручной аппарат по металлу для дома и производства

Сварка волоконными лазерами

Автор: 

Н. В. Грезев к. т.н., Е. М. Шамов, Ю. В. Маркушов

Классификация приемов и способов лазерной сварки волоконными лазерами позволит более четко упорядочить существующее многообразие технологических процессов.

Введение

Объемы применения лазеров в промышленности постоянно растут [1]. Станки лазерной резки и маркировки можно встретить на многих металлообрабатывающих предприятиях. Выгода применения лазерных технологий очевидна: высокие скорости, точность и качество обработки, низкая себестоимость и высокая степень автоматизация труда делают процесс лазерной обработки экономически эффективным.
Появление в начале 2000‑х годов нового поколения лазеров диапазона мощностей излучения от 1 кВт и выше [2] на основе активного волокна легированного ионами иттербия, вызвало интерес к широкому их использованию и для других видов металлообработки: сварки, термообработки, наплавки, аддитивных технологий. Высокая мощность лазерного излучения до 100 кВт [3], возможность передачи излучения через транспортное волокно, высокий КПД (до 35 %), стабильность работы и простота в эксплуатации, отсутствие необходимости применения газов и других расходных элементов повысили экономическую целесообразность использования лазера в качестве источника нагрева для различных технологических процессов.
Начиная с 2000‑х годов в Европе, Японии, США технологии лазерной сварки на базе волоконных лазеров активно развиваются и внедряются в промышленность. В автомобилестроении, вагоностроении, машиностроении и авиационной промышленности применяется лазерная (гибридная) сварка, обеспечивающая высокий уровень автоматизации производства, а получаемые соединения, выполненные посредством лазера, имеют высокое качество.

Лазерная сварка активно исследуется и периодически внедряется на заводах такими организациями как МГТУ им. Н. Э. Баумана (Москва), Политехнический университет (Санкт-Петербург), ИПЛИТ РАН (Шатура) и другими, однако широкого распространения в России технология лазерной сварки пока не получила. Во многом это связано со сложившейся экономической ситуацией в стране и неспособностью предприятий внедрять новые технологии, а также с недостаточной осведомленностью технологов и главных сварщиков предприятий о современных возможностях лазерной сварки.
Цель данной работы — показать все имеющиеся лазерные технологии и способы на сегодняшний день, структурировать и классифицировать имеющуюся информацию.

Классификация технологии лазерной сварки

С появлением волоконных лазеров технология лазерной сварки получила второе дыхание. Те области, где ее применение было затруднено и казалось невозможным, стали доступны. За последние 10 лет технология лазерной сварки значительно развилась и дополнилась технологическими приемами и способами. Так, возможна следующая классификация:
1. По форме (геометрии) получаемого сварного шва;
2. По количеству проходов;
3. По виду фокусного пятна;
4. По виду присадочного материала;
5. По наличию дополнительных источников нагрева;
6. По виду сварных швов;
7. По типу оптических сварочных головок;
8. По типу защиты сварного шва
Схематически классификация лазерной сварки представлена на рис. 1.

Рис. 1. Классификация технологии лазерной сварки

Классификация по форме проплавления

По форме можно различить три вида сварных лазерных швов: с глубоким проплавлением, средним и широким. Коэффициент проплавления K, отношение глубины сварного шва b к ширине a у сварных швов с глубоким проплавления равен более двух, у средних находится на уровне от 1 до 2, и у широких равен или менее 1 (рис. 2).

Рис. 2. Виды сварных соединений, выполненных методом лазерной сварки

Рис. 3. Образец лазерной сварки с глубоким проплавлением k = 4: P = 5.4 кВт, V = 0,9 м/мин, δ = 12 мм [5].
Получение шва с глубоким проплавлением (рис. 3) возможно благодаря феномену парогазового канала, который возникает в жидкой ванне расплаве [4]. Такие сварные швы выполняются, как правило, на скоростях от 1 м/мин, фокус находится ближе к поверхности свариваемых деталей или немного заглублен. В результате получения максимальной плотности мощности на поверхности изделия сварной шов приобретает глубокое «кинжальное» проплавление на рис. 2.
Технология лазерной сварки с формированием глубокого «кинжального» проплавления может быть использована при обеспечении беззазорной сборки между свариваемыми кромками. Такие жесткие требования могут быть выполнены только при наличии ровных (фрезерованных) кромок и точной геометрии заготовок. Наличие даже минимального зазора между свариваемыми кромками (0,1–0,2 мм) будет вносить в геометрию сварного шва дефекты.

    а)                                б)                                  в)
Рис. 4. Образец лазерной сварки со средним и широким формированием шва, толщиной 6 мм: а) лазерная сварка в среде защитного газа К=1,4, б) лазерная сварка с присадочной проволокой, в) пример сварного шва с широким формированием шва К=1

Для уменьшения требований к сборке свариваемых кромок разработаны технологические режимы, для которых типично получение более широких сварных швов (рис. 4) с меньшими требованиями к качеству сборки кромок. Одним из самых простых способов для получения широкого шва является сварка в расфокусе. При этом требуемая глубина проплавления регулируется скоростью сварки и увеличением мощности лазерного излучения. Феномен парогазового канала при таком режиме остается, но ширина шва увеличивается. Такие сварные соединения снижают требования к величине зазора между кромками и составляют в среднем до 10 % от толщины свариваемого материала. Увеличение диаметра пятна на поверхности и объема жидкой ванны расплава позволяет вести сварку с подачей присадочной проволоки, требования к величине зазора снижаются до 15–20 % от толщины материала. Другим способом увеличения ширины является применение различных специализированных фокусных пятен, речь о которых пойдет ниже.
Для получения максимально широкого сварного шва еще больше снижают скорость сварки, увеличивают диаметр пятна на поверхности за счет расфокусировки с одновременным увеличением мощности лазерного излучения. У таких швов глубина проплава может быть меньше, чем ширина шва. Такие сварные соединения могут быть использованы для получения несквозных, облицовочных сварных швов, а также для компенсации неточностей сборки деталей перед сваркой или влияния поводок, возникающих в ходе самой сварки.

Классификация по количеству проходов

Лазерная сварка обычно выполняется за один проход, без разделки кромок, с высокими скоростями ведения процесса и это, бесспорно, считается преимуществом. Такая технология применяется для сварки, например сталей, толщин до 10 мм без возникновения каких-либо технологических проблем. Увеличение толщины свариваемых изделий (уже свыше 12 мм) приводит к повышению вероятности появления дефектов в сварном шве, таких как провалы, подрезы, поры, полости, трещины.
Причины появления дефектов следующие: при увеличении толщины свариваемых изделий (свыше 16 мм) прямопропорционально увеличивается мощность лазерного излучения, для обеспечения сквозного проплавления, снижается и скорость сварки, в результате чего объем жидкой ванны расплава становится больше и процессы происходящие в ней становятся менее управляемыми.
Так, при достижении определенного объема жидкого металла силы поверхностного натяжения уже не могут удерживать ванну расплава и жидкий металл вытекает каплями снизу, образуя недостаток материала сварного шва сверху. Для устранения подобных дефектов авторы [6] предлагают гибридизировать процесс и использовать медные и флюсовые подкладки.
При увеличенном объеме жидкой ванны расплава перенос металла в заднюю часть расплава происходит не за один цикл, а за несколько, прежде чем металл успеет кристаллизоваться. Периодические раскачивания жидкого металла в ванне расплава назад и вперед снижает стабильность процесса сварки, металл, попадая под лазерный луч, всхлапывает парогазовый канал и приводит к появлению дефектов.
Следует также отметить, что однопроходная сварка больших толщины ведет к образованию срединных трещин (полостей) независимо от склонности материала к растрескиванию (рис. 5) вследствие термической усадки материала и высоких скоростей охлаждения.

Рис. 5. Проплавление по телу пластины глубиной 20 мм, выполненное волоконным лазером на мощности 30 кВт, со скоростью 1 м/мин, материал сталь 3 [5]

Рис. 6. Сварное соединение, выполненное за два прохода с двух сторон [5]
Для таких случаев технологами разрабатываются специальные методы лазерной сварки с применением дополнительных технологических приемов и способов: в горизонтальном положении, на медной подкладке, с поддувом парогазового канала, с предварительным введением компенсационных напряжений в конструкцию.

Другим таким методом является сварка за два прохода с двух сторон. При первом проходе формируется основной шов с качественным формированием корня шва, при втором проходе формируется верх шва (рис. 6). Скорость сварки при этом сохраняется высокой, поэтому выполнение второго прохода существенно не снижает производительности.
При увеличении толщины свариваемых изделий свыше 20 мм может применяться технология многопроходной лазерной сварки в узкую разделку [7]. Такая технология сварки последние годы активно исследуется и начинает применяться в различных отраслях промышленности. Преимущества технологии по отношению к дуговой сварке больших толщин в широкую разделку следующие: увеличение производительности в 5–8 раз, снижение объема фрезеровки в 10 раз, снижение остаточных напряжений и деформация в 3 раза [8], снижение зоны термического влияния, экономия присадочного материала и электроэнергии. Преимущества по отношению к однопроходной лазерной сварке следующие: не требуется большая мощность лазерного излучения, снижается вероятность появления дефектов, особенно в виде трещин, повышение стабильности процесса.

Классификация по виду фокусного пятна

Технология лазерной сварки обычно осуществляется с применением одного лазерного излучения, которое фокусируется в нужный диаметр пятна при помощи выпуклой линзы, установленной в оптической сварочной головке. В случае применения волоконных лазеров применяется коллимирующая линза, для того чтобы расходящееся лазерное излучение собрать в параллельный пучок. Такая схема используется в большинстве станков для лазерной сварки, и она формирует круглое фокусное пятно, которое пригодно для решения большинства задач.
Однако в некоторых случаях для решения конкретных технологических задач могут применяться и специализированные фокусирующие системы. Так, для уменьшения требований к зазорам могут применяться сканирующие системы, позволяющие колебать лазерный луч около оси распространения излучения. Ключевыми параметрами в задании колебаний являются амплитуда, частота и фаза колебаний, в частности, гармонические, круговые (рис. 4, 8, 9).

а)    б) 

 в)  г)
Рис. 7. Макрошлиф сварного соединения, полученного методом многопроходной лазерной сварки: а) сталь 09 Г2 С толщиной 25 мм; б) алюминиевый сплав АМг3 толщиной 30 мм, в) титановый сплав ВТ‑1 толщиной 20 мм, г) титановый сплав ВТ‑1 толщиной 40 мм [5]

а)б)

 Рис. 8. Типы сканирования лазерного излучения

а) б)
Рис. 9. Влияние кругового сканирования на геометрию сварного шва: а) без сканирования; б) с круговым сканированием [5]

Рис. 10. Внешний вид сварочной головки IPG FLW D50 с модулем двойного фокуса [5]

Помимо сканирования разработаны системы для расщепления лазерного излучения (TwinFocus, Duаl Focus — рис. 10). Двойные фокусные пятна используются как для уменьшения требований к зазорам за счет увеличения ширины сварного шва [8], так и для стабилизации процессов в парогазовом канале и уменьшения количества пор [9]. В первом случае фокусные пятна расположены поперечно сварному шву, во втором случае линейно вдоль сварного шва.
Помимо специализированных оптических систем используются два или более лазеров, излучение которых фокусируется на поверхности свариваемых изделий по различным схемам. Двухлучевая лазерная сварка является более гибким инструментом в отличие от систем расщепления лазерного луча. Взаимное расположение фокусных пятен, углов подачи лазерного излучения позволяют регулировать различные процессы, возникающие в парогазовом канале, жидкой ванне расплава во время сварки и управлять скоростью кристаллизации и охлаждения сварного шва [10].

Классификация по применению присадочного материала

Присадочный материал в виде проволоки при лазерной сварке может использоваться при формировании средних по ширине сварных швов. Присадочная проволока обычно подается в переднюю часть жидкой ванны расплава либо в холодном, либо в горячем состоянии. Разогрев проволоки осуществляется путем резистивного нагрева и регулируется величиной тока, протекающего в проволоке. Добавление присадочного материала позволяет сформировать усиление с лицевой поверхности соединения, а также производить легирование металла шва.
Другим способом осуществить присадку возможно при помощи тонких пластин (проставок) из определенного материала, которые в процессе подготовки соединения под сварку фиксируются между свариваемыми кромками (рис. 11). Способ предпочтителен при соединении трудносвариваемых сталей и разнородных материалов. В зависимости от толщины вставки (до 1 мм) можно сформировать на всю глубину отличный по составу сварной шов, состоящий из смеси основного и присадочного материалов.

Рис. 11. Пример сварного соединения, выполненного лазерной сваркой по вставке волоконным лазером: марка сталь 40, толщина 8 мм, скорость сварки 1 м/мин, мощность лазерного излучения 9,5 кВт [5]

а)   б)
Рис. 12. Лазерное сварное соединение, полученное волоконным лазером с присадочным порошком и с линейным сканированием: скорость сварки 1,5 м/мин, мощность лазерного излучения 7 кВт. а) макрошлиф с измерением микротвердости HV0.1 б) микроструктура зоны сплавления, увеличение 50х [5]
Следует отметить, лазерная сварка может осуществляться с присадочным материалом в виде порошка. Данный способ возможно применять для устранения плавающих зазоров между свариваемыми кромками, когда порошок предварительно засыпается в имеющийся зазор. Величина зазора в этом случае может составлять 1,5–2 мм. При помощи порошка также можно осуществлять легирование сварного шва. Так, на рис. 12 представлено сварное соединение, сварной шов которого состоит из никелевого сплава и имеет аустенитную структуру, тогда как основной металл имеет ферритную структуру.

Классификация по наличию дополнительных источников нагрева

Начиная с 80‑х годов лазерный источник нагрева начали применять одновременно с дуговым, назвав технологию комбинированным методом лазерной сварки и дуговым плавящимся электродом (MIG) [11]. Сейчас эта технология стала достаточно популярной и получила название гибридной технологии лазерной сварки.
Гибридизация процесса может быть как с дуговым процессом, плазменным и с другими источниками тепла. Если два источника находятся достаточно близко друг от друга, то происходит объединение двух источников энергии в одной жидкой ванне расплава и возникает синергетический эффект, т. е. увеличение глубины проплавления. Если два источника разнесены на определенное расстояние, то синергетического эффекта не происходит, то есть процесс становится комбинированным.
В этом случае добавление второго источника тепла носит другие конкретные функции. Так, например, наличие дугового источника, который идет впереди лазерного излучения, позволяет произвести предварительный подогрев изделия и увеличить поглощательную способность материала. Если дуговой источник идет позади лазерного излучения, то дуговой процесс влияет на температуру охлаждения жидкого металла, делая термическим более мягким, в результате чего лазерная сварка может применяться для трудносвариваемых материалов, также дуговой процесс может использоваться для устранения геометрических дефектов верха сварного шва.
Помимо дуги к лазерному источнику для решения конкретных технологических задач могут добавлять плазму, световое пятно, индукционный подогрев. Последнее позволяет проводить предварительный подогрев свариваемых кромок, что позволяет проводить сварку трудносвариваемых сталей с повышенным углеродным эквивалентом [12].

Классификация по виду сварных швов

Известно, что лазерной сваркой можно выполнять различные типы сварных соединений: стыковые, внахлест, угловые, тавровые и т. д. Однако помимо типовой классификации лазерные сварные соединения можно классифицировать также по виду сварных швов: непрерывные, точечные и коротко-шовные.
Мощными волоконными лазерами непрерывного действия обычно выполняют непрерывные продольные швы. Такие сварные соединения наиболее часто используются для сварки ответственных сварных конструкций, для обеспечения герметичности конструкций.
Для сварки менее ответственных конструкций применяют точечную лазерную сварку, такая технология используется при сварке импульсными твердотельными лазерами.
Короткошовная лазерная сварка применяется для сварки тонколистового материала в автомобильной промышленности. В частности, разработана специализированная клещевая сварочная головка для сварки тонкостенных конструкций, которая уже применяется на ряде автомобильных заводов [13] (рис. 13).

Рис. 13. Устройство клещевой лазерной коротко-шовной сварки типа [5]

В сравнении с контактной сваркой данный способ сварки позволяет уменьшить вес кузова автомобиля, что достигается путем изменения ширины фланцев под сварку с 16 до 8 мм, а также применением новых типов сварных соединений [14]. Следует также отметить, что лазерная сварка оказывает минимальное воздействие на оцинкованное покрытие вокруг сварного шва и в некоторых случаях позволяет производить сварку без выхода сварного шва с лицевой стороны.

Классификация по виду оптических сварочных головок.

Сварочные головки обычно различают по типу оптических элементов: проходного и зеркального типа. Но для самой технологии лазерной сварки большее значение имеют параметры оптической системы, фокусные расстояния коллимирующей и фокусирующей линз, которые для сварочного процесса подбираются конкретно для решения той или иной задачи.
Так, в зависимости от основного параметра оптической системы — фокусного расстояния фокусирующей линзы можно различить три вида сварочных головок: короткофокусные, среднефокусные и дальнофокусные. К короткофокусным системам можно отнести системы с фокусным расстоянием до 200 мм. К среднефокусным — от 200–600 мм. К длиннофокусным — от 600 мм и выше.
Короткофокусные системы выгодно использовать для сварки тонкостенных изделий (до 2–3 мм), не требующих больших мощностей лазерного излучения. Процесс сварки в этом случае идет без образования значительных брызг и плазмы.
Среднефокусные системы используются для сварки толщин более 3 мм, в этом случае используются лазерные источники с большей мощностью и увеличение фокусного расстояния позволяет уменьшить риск попадания брызг и искр на оптические элементы сварочной
головки.
Длиннофокусные системы используются для сварки небольших толщин с применением волоконных лазеров мощностью до 10 кВт либо для сварки сверхбольших толщин с использованием лазеров, имеющих мощность до 100 кВт. Так, получила распространение технология удаленной лазерной сварки (рис. 14). Для этих целей специально разработаны мощные сканеры, позволяющие независимо от манипулятора производить запрограммированные движения лазерным лучом, что позволяет увеличить производительность процесса сварки. Технология нашла применение в автомобильной промышленности для сварки различных штампованных изделий.

Рис. 14. Устройство удаленной лазерной сварки [5]

Классификация по типу защиты сварного шва от окружающей среды

Обычно лазерную сварку волоконными лазерами осуществляют в среде защитного газа аргон, как наиболее дешевого инертного газа. Длина волны волоконных лазеров 1065–1085 нм не поглощается аргоном. Однако приповерхностная плазма все равно присутствует, т. к. во время сварки аргон смешивается с парами металла и происходит ионизация. При повышении мощности лазерного излучения (свыше 5 кВт) приповерхностная плазма увеличивается, прозрачная плазма для лазерного излучения волоконного лазера уменьшается из-за наличия различных примесей, что вносит видимые искажения в процесс фокусировки лазерного излучения.
Для подавления плазмы и увеличения стабильности лазерной сварки возможно применение различных смесей инертных газов: аргон + гелий. Добавление гелия позволяет уменьшить размер приповерхностной плазмы, снизить ее температуру и увеличить прозрачность для лазерного излучения, тем самым повысить стабильность процесса сварки.
Для решения узкоспециализированных задач, например, для увеличения глубины проплавления, производительности или для уменьшения вероятности появления количества дефектов в сварном шве добавляют активные газы: углекислоту, кислород, водород или азот.
Так, кислород, попадая в большом количестве в сварной шов, однозначно ухудшает прочность сварного шва, так как появляются оксиды, которые выпадают по границам зерен кристаллов, что в конечном счете увеличивает вероятность появления горячих и холодных трещин. Однако добавления кислорода в защитный газ в лимитированном размере позволяет стабилизировать парогазовый канал, в результате чего снижается количество внутренних дефектов в виде пор. Углекислота оказывает аналогичное влияние [15].
Небольшое количество азота в защитном газе на некоторых сталях, которые содержат такие легирующие элементы, как марганец, титан, молибден, оказывает положительное воздействие. Образование нитридов увеличивает прочность сварного шва с уменьшением пластичности.
Другим методом защиты сварного шва является применение сварочного флюса, который может использоваться сверху для защиты сварного шва от взаимодействия с окружающей средой, так и снизу в виде флюсовой подушки для поддержания жидкой ванны расплава и для защиты от окисления.
Также на неответственных конструкциях при лазерной сварке защитный газ не применяется. Так, для сварки низкоуглеродистых сталей, используемых в автомобильной промышленности, для уменьшения себестоимости погонного метра сварки защита не применяется.
Следует также отметить, что лазерная сварка, также как и сварка электронным лучом, может производиться в вакууме. На рынке доступны станки для лазерной сварки трансмиссий автомобилей в вакууме [16]. Лазерный источник в этом случае работает как полноценная замена электронно-лучевой пушке. При этом не требуется обеспечивать глубокий вакуум.

Заключение

1. Предложенная классификация лазерной сварки по восьми признакам позволяет упорядочить то многообразие технологических процессов, имеющихся в области лазерной сварки.
2. Лазерная сварка на базе волоконных лазеров является гибким многообразным процессом, и в зависимости от поставленных задач могут применяться и разрабатываться новые способы сварки.

Литература
1. DAVID A. BELFORTE Fiber lasers continue growth streak in 2014 laser market//Industrial laser solution. — 2015. — № 1. — С. 5–13.
2. Gapontsev V. et al. 2 kW CW ytterbium fiber laser with record diffraction-limited brightness//Lasers and Electro-Optics Europe, 2005. CLEO/Europe. 2005 Conference on. — IEEE, 2005. — С. 508.
3. Gapontsev V. P. et al. 100‑kW ytterbium fiber laser//Optoelectronics’ 99‑Integrated Optoelectronic Devices. — International Society for Optics and Photonics, 1999. — С. 49–54.
4. Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н., Мисюров А. И. Технологические процессы лазерной обработки. — М.: Изд-во МГТУ им. НЭ Баумана, 2008.
5. Технический отчет о проведении научно-исследовательской работы отдела лазерных технологий (103) сектор лазерной сварки ООО НТО «ИРЭ-Полюс».
6. Seffer O. et al. Laser-GMA hybrid welding of API 5L X70 with 23 mm plate thickness using 16 kW disk laser and two GMA welding power sources//Journal of Laser Applications. — 2014. — Т. 26. — №. 4.
7. Zhang X. et al. Welding of thick stainless steel plates up to 50 mm with high brightness lasers//Journal of Laser Applications. — 2011. — Т. 23. — №. 2
8. Longfield N. et al. Improving laser welding efficiency//WELDING JOURNAL-NEW YORK-. — 2007. — Т. 86. — №. 5. — С. 52.
9. Hayashi T. et al. Reduction mechanism of porosity in tandem twin-spot laser welding of stainless steel//Welding international. — 2003. — Т. 17. — №. 1. — С. 12–19.
10. Grigor’yants A. G. et al. Efficiency of the process of two-beam deep penetration laser welding//Welding International. — 2011. — Т. 25. — №. 03. — С. 188–195.
11. Hamasaki M. Welding method combining laser welding and MIG welding: пат. 4507540 США. — 1985.
12.Lahdo R. et al. GMA-laser Hybrid Welding of High-strength Fine-grain Structural Steel with an Inductive Preheating//Physics Procedia. — 2014. — Т. 56. — С. 637–645.
13.Siewert A., Krastel K. Fiber Laser Seam Stepper Replacing Resistance Spot-Welding//Laser Technik Journal. — 2014. — Т. 11. — №. 4. — С. 52–55.
14. Klinger J. Automotive Body Structure Assembly: Mass & Cost Saving Potential ofLaser Welding Compared to Spot Welding. — 2012.
15.Zhao L. et al. Prevention of porosity by oxygen addition in fibre laser and fibre laser-GMA hybrid welding//Science and Technology of Welding and Joining. — 2014. — Т. 19. — №. 2. —  С. 91–97.
16.Сайт компании Precision technology, INC. url: http://www.ptreb.com/Vacuum-Laser-Welding-Systems/.

Какие материалы можно сваривать лазерной сваркой?

Лазерная сварка — это процесс, используемый для соединения металлов или термопластов с использованием лазерного луча для образования сварного шва. Благодаря концентрированному источнику тепла, лазерная сварка тонких материалов может выполняться с высокой скоростью, измеряемой метрами в минуту, а в более толстых материалах могут производиться узкие и глубокие сварные швы между деталями с прямоугольными кромками. Лазерный сварочный аппарат — это машина для лазерной обработки материалов.

Волоконный лазерный сварочный аппарат

Волоконный лазерный сварочный аппарат идеально подходит для обработки металлических деталей. Кроме того, он предлагает высокую надежность и эффективность. По оценкам, точность лазерного сварочного аппарата с использованием волоконного лазера близка к 25%.

Лазерные сварочные аппараты CO2

Лазерные сварочные CO2 аппараты могут обеспечить отличный непрерывный сварочный луч, который создает эффективные и прочные сварные швы. Он может легко проникать в металлы и неметаллические тела.

Nd: YAG-лазерные сварочные аппараты

Лазеры Nd: YAG менее энергоэффективны по сравнению с оптоволоконными сварочными аппаратами. Тем не менее, есть определенные системы, такие как улучшенное управление лазером, которых вы не можете достичь с другими типами лазерных источников.

Штампованная сталь

Лазерная сварочная машина может быть использована для сварки штамповой стали S136, SKD-11, NAK80, 8407, 718, 738, h23, P20, W302, 2344 и других моделей, эффект от сварки хороший.

Углеродистая сталь

Углеродистая сталь хорошо сваривается лазерным сварочным аппаратом, а качество сварки зависит от содержания примесей.

Если содержание углерода превышает 0,25%, для получения хорошего качества сварки требуется предварительный подогрев.

При сварке сталей с разным содержанием углерода лазерный луч может быть слегка смещен в сторону низкоуглеродистых материалов для обеспечения качества сварного шва.

Поскольку скорость нагрева и скорость охлаждения при лазерной сварке очень быстрая, при сварке углеродистой стали с высоким содержанием углерода также увеличивается чувствительность к сварочным трещинам.

Стали со средним и высоким содержанием углерода и обычные легированные стали могут быть хорошо сварены лазером, но для устранения напряжения и предотвращения трещин требуется предварительный подогрев и послесварочная обработка.

Нержавеющая сталь

В целом, лазерной сваркой нержавеющей стали легче получить высококачественные соединения, чем при обычным методом.

Это происходит благодаря высокой скорости сварки и малой зоне термического влияния лазерной сварки, уменьшается перегрев и негативное влияние большого коэффициента линейного расширения, а сварной шов не имеет таких дефектов, как поры и включения.

По сравнению с углеродистой сталью, нержавеющую сталь легче сварить узким сварным швом с глубоким проплавлением из-за ее низкой теплопроводности, высокого поглощения энергии и эффективности плавления.

Соединения с хорошим внешним видом, гладким и красивым швом можно получить при сварке тонких листов маломощным лазером.

Медь и медные сплавы

При сварке меди и медных сплавов часто возникает проблема неполного проплавления и неполного провара, поэтому следует использовать концентрированный и мощный источник тепла и принимать меры по предварительному подогреву;

Если у заготовки тонкая толщина или жесткость конструкции мала и нет мер по предотвращению деформации, то после сварки могут возникнуть большая деформация, а если сварное соединение подвергается большим жестким ограничениям, то легко возникает сварочное напряжение;

При сварке меди и медных сплавов также легко возникают термические трещины; Пористость является распространенным дефектом при сварке меди и медных сплавов.

Пластик

Технология лазерной сварки может использоваться практически для всех термопластов и термопластичных эластомеров. К распространенным материалам для сварки относятся PP, PS, PC, ABS, полиамид, PMMA, полиоксиметилен, PET и PBT.

Другие инженерные пластмассы, такие как полифениленсульфид PPS и жидкокристаллические полимеры, не могут быть напрямую сварены с лазерного оборудования из-за свойств.

Как правило, в нижний материал добавляют технический углерод, чтобы материал мог поглощать достаточно энергии для удовлетворения требований лазерной сварки.

Лазерная сварка алюминиевых сплавов

Основной трудностью при лазерной сварке алюминия и алюминиевых сплавов является их высокая отражательная способность.

Алюминий является хорошим проводником тепла и электричества. Высокая плотность свободных электронов делает его хорошим отражателем света.

Отражательная способность исходной поверхности превышает 90%, то есть сварка с глубоким проплавлением должна начинаться с менее чем 10% входной энергии, что требует высокой входной мощности для обеспечения необходимой плотности в начале сварки, при этом образуются небольшие отверстия.

Лазерная сварка магниевых сплавов

Плотность магниевых сплавов на 36% ниже, чем у сплавов алюминия, который привлек большое внимание как материал с высокой удельной прочностью.

Были проведены испытания импульсного YAG-лазера и непрерывной С02-лазерной сварки. Для сплава AZ31B-h344 (3,27% Al, 0,79% Zn) с толщиной листа 1,8 мм, наилучшими условиями сварки с меньшим количеством дефектов были средняя мощность 0,8 кВт, 5 мс, 120 Гц, 300 мм/с и размер фокуса 0,42 мм.

Сварной шов с хорошим проплавлением был получен при непрерывной сварке С02-лазером.

Низколегированная высокопрочная сталь

При лазерной сварке низколегированной высокопрочной стали, если выбранные параметры сварки соответствуют требованиям, можно получить соединение с механическими свойствами, эквивалентными основному металлу.

Сталь HY-130 является типичной низколегированной высокопрочной сталью.
После закалки и отпуска она обладает высокой прочностью и высокой трещиностойкостью.

При традиционном методе сварки сварной шов и структура ЗТВ представляют собой комбинацию крупного зерна, мелкого зерна и оригинальной структуры.

Вязкость и трещиностойкость у сварного шва намного хуже, чем у основного металла, а сварной шов и структура металла ЗТВ особенно чувствительны к холодным трещинам в сваренном состоянии.

Лазерной сваркой можно сваривать большое количество материалов, а также можно сваривать различные разнородные металлы, такие как медь и никель, никель и титан, медь и титан, титан и молибден, медь и латунь, медь и низкоуглеродистая сталь при определенных условиях.

Советуем вам прочитать статьи опубликованные в нашем блоге ранее: «‎Преимущества лазерной сварки»‎ и
«‎Инструкция по ручной лазерной сварке [часть 1]»‎.

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!

Волоконный лазерный сварочный аппарат | Ручной сварочный аппарат с волоконным лазером

Сварочный аппарат с волоконным лазером (1000 Вт, 1500 Вт и 2000 Вт)

Сварочный аппарат с волоконным лазером

два варианта сварка+резка

Или сварка+очистка+резка (1000 Вт, 1500 Вт и 2000 Вт)

Сварка, очистка и резка:

Волоконный лазерный сварочный аппарат заменил традиционные методы сварки TIG и MIG.

Лазер обеспечивает бесконтактную высокоскоростную сварку металлов для современного производства.

Сварка осуществляется путем плавления металлов для создания высококачественного сварного шва.

Может потребоваться присадочный материал (как при сварке ВИГ).

Лазерный луч точно сфокусирован, тепловложение сведено к минимуму, а детали можно брать в руки почти сразу.

• Высокая точность соединения мелких и крупных деталей.
• Не требует умения, сноровки или длительного обучения.
• Минимальная деформация благодаря низкому подводу тепла.
• Бесконтактная сварка – качество сварки не ухудшается.
• Через деталь не проходит ток.
• Сварка разнородных металлов.
• Минимальное обслуживание.

Сварочный аппарат с волоконным лазером можно использовать с непрерывным лучом для
точная очистка для удаления поверхностной краски, покрытий и оксидных слоев без повреждения подложки. Подложка может быть любой формы и размера.

Скачать информацию

Цена включает: 9 шт.0003

• Установка и обучение
• Обновление Wobble Laser Gun 2022
• Автоматический механизм подачи проволоки мощностью 1500 и 2000 Вт
• Комплект расходных материалов/запасных частей

Преимущества сварочного аппарата с волоконным лазером

Лазерный источник	Волокно 1080 Н·м	Волокно 1080 Н·м	Волокно 1080 Н·м
Мощность	1000 Вт	1500 Вт	2000 Вт
Частота модуляции	<10 кГц	<10 кГц	<10 кГц
Стабильность энергии	+/-1,5%	+/-1,5%	+/-1,5%
Рабочий режим	Импульсный или непрерывный	Импульсный или непрерывный	Импульсный или непрерывный
Входное напряжение	220 В переменного тока/60 Гц	220 В перем. тока/60 Гц/1 фаза	220 В перем. тока/60 Гц/1 фаза
Мощность	6кВт	8кВт	10кВт
Охладитель воды	1 л.с.	1,5 л.с.	2 л.с.
Длина оптоволоконного кабеля	10 м/33 фута	10 м/33 фута	10 м/33 фута

Максимальная толщина материалов Глубина проникновения*

Примечание:

• Обновление горелки до Qilin с восемью режимами сварки
• Максимальная глубина проплавления материала толщины зависит от сплава материала и отражения поверхности.
• Свяжитесь с Ascent для тестирования образцов с вашими материалами

* Только для информации, Ascent оставляет за собой право изменять спецификации без предварительного уведомления

Расходные материалы

Сварка волоконным лазером: преимущества, системы и области применения

Сварка волоконным лазером — это процесс сварки, в котором в качестве источника тепла используется лазерный луч. Как бесконтактные инструменты, волоконные лазеры не требуют особого обслуживания и обеспечивают высокую скорость сварки. Лазерный луч обладает высокой точностью и низким тепловложением, что сводит к минимуму повреждение материала.

Одним из новых применений является соединение ячейки с шиной для цилиндрических и призматических ячеек и модулей. Вы можете увидеть пример в следующем видео:

Чтобы лучше понять различные возможности, продолжайте читать, чтобы узнать всю необходимую информацию.

• Преимущества и проблемы

Системы лазерной сварки

• • Оптические и электрические компоненты
  • Другие компоненты
  • Непрерывный и импульсный
  • Одномодовый против многомодового
• Типы волоконных лазерных сварочных систем
  • Ручные лазерные сварочные аппараты
  • Рабочие станции для лазерной сварки
  • Роботизированные лазерные сварочные аппараты
  • Роботизированные лазерные сварочные аппараты
• Сварка волоконным лазером по сравнению с другими методами сварки
  • Сравнение лазерной и ультразвуковой сварки
  • Лазерная сварка в сравнении со сваркой MIG
  • Сравнение лазерной сварки и сварки TIG
  • Лазер против сварки сопротивлением
• Лазерная сварка

Преимущества и проблемы

Сварка волоконным лазером становится все более популярной в производстве для расширения производства и повышения качества. Но это также связано с собственным набором проблем, представленных ниже.

Наши специалисты по лазерной технике знают, как решить эти проблемы, и могут помочь вам.

Системы волоконной лазерной сварки

Система волоконной лазерной сварки с лазерным источником, лазерным контроллером и лазерной сварочной головкой. Имиджевая собственность Laserax.

Оптические и электрические компоненты

При сварке волоконным лазером для соединения металлов используется высокосфокусированный лазерный луч. Лазерный луч генерируется с помощью системы электрических и оптических компонентов. Ниже приведен список наиболее важных из них и их определения.

• Блок питания — Источник питания преобразует электрический ток в постоянный ток (DC), который используется источником насоса.
• Лазерный источник — Лазерный источник включает в себя источник накачки, усиливающую среду и лазерный резонатор. Источником накачки является электрическое устройство (обычно массив лазерных диодов), которое преобразует электрическую энергию в лазерный свет. Усиливающая среда представляет собой волокно, легированное редкоземельным элементом (например, иттербием). Когда свет накачки проходит через легированное волокно, возбужденные молекулы генерируют свет с определенной длиной волны. Этот свет усиливается в лазерном резонаторе.
• Волоконно-оптический кабель – Волоконно-оптический кабель используется для направления лазерного луча и доставки его в нужное место на обрабатываемой поверхности.
• Волоконный коллиматор – Коллиматор представляет собой линзу, которая преобразует свет, выходящий из оптоволоконного кабеля, собирая его в одном направлении для лучшей фокусировки его энергии.
• Расширитель луча – Расширитель луча увеличивает размер коллимированного лазерного луча. Хотя таким образом луч становится менее концентрированным, лазерный процесс лучше переносит изменения поверхности и положения.
• Сканирующая головка – Сканирующая головка содержит вращающиеся гальванические зеркала, управляющие направлением лазерного луча.
• Фокусирующая линза – Фокусирующая линза используется для фокусировки лазерного луча на обрабатываемой поверхности. Например, фокусирующая линза 200 мм обеспечивает хорошую фокусировку для сварки на расстоянии 200 мм.
• Сдвигатель фокуса — также называемый 3D-головкой, сдвигатель фокуса представляет собой оптический узел, который может регулировать фокусное расстояние на лету, чтобы учесть большие изменения поверхности или положения.

Другие компоненты

Сварочные аппараты с волоконным лазером включают другие компоненты, помимо оптических и электрических. Вот некоторые из них.

Устройство подачи проволоки

Устройство подачи проволоки можно использовать для добавления присадочного материала во время сварки. Это гибридная технология сварки MIG и лазерной сварки. Подача проволоки в некоторых случаях может помочь добиться высокого качества сварки, но она замедляет процесс сварки, поскольку энергия лазера используется для расплавления большего количества металла. Подача проволоки полезна, когда подгонка стыка не идеальна и вызывает зазоры; когда затвердевание происходит слишком быстро и вызывает трещины; и когда вам нужно изменить механические свойства сварного шва.

Защитный газ

Для предотвращения окисления сварных швов некоторые производители используют защитный газ (например, аргон) в сочетании с лазерной сваркой. Хотя использование защитного газа не всегда необходимо для достижения требуемого качества сварки, оно всегда полезно, так как помогает уменьшить количество дефектов в сварных швах. Хорошей практикой, которую мы используем в Laserax, является разработка процесса лазерной сварки без защитного газа и стремление таким образом достичь хорошего качества сварки. Если после этого добавить защитный газ, это пойдет только на пользу процессу.

Контроллер лазера

Контроллер представляет собой электронное устройство, которое управляет лазерным процессом, регулируя такие параметры, как мощность лазера, частота повторения импульсов и длительность импульса. Он также используется для управления функциями безопасности.

Блок удаления дыма

При лазерной сварке образуются токсичные пары и загрязняющие вещества, которые необходимо удалять и фильтровать из рабочей среды. У нас есть советы о том, как выполнить вытяжку дыма, чтобы максимизировать ее эффективность и обеспечить безопасность.

Лазерный монитор сварки

Существуют различные методы LWM для анализа процесса сварки в режиме реального времени. Лазерный контроль сварки (LWM) необходим для обеспечения хорошего качества сварки и обнаружения любых отклонений от хороших характеристик сварки. Он используется для определения того, когда сварные швы должны быть доработаны (пройдено/не пройдено).

Чиллер

Мощные лазеры, используемые для промышленной сварки, выделяют тепло, которым необходимо управлять для поддержания оптимальной рабочей температуры и предотвращения проблем с безопасностью. В зависимости от мощности лазера могут использоваться различные системы охлаждения, такие как охладитель воздуха или охладитель воды.

Непрерывный и импульсный

Для лазерной сварки могут использоваться как непрерывные, так и импульсные волоконные лазеры. Их характеристики делают их более подходящими для различных применений. Вот чем они отличаются:

• Цена: Непрерывные лазеры дешевле
• Размер сварного шва: Лазеры непрерывного действия позволяют легче производить сварные швы большего размера
• Зона термического влияния: Импульсные лазеры имеют более низкую зону термического влияния
• Глубина сварки: Импульсные лазеры могут создавать более мелкие, менее интрузивные сварные швы

Одномодовые лазеры по сравнению с многомодовыми

Одномодовые лазеры лучше подходят для микросварки, требующей повышенной точности, например, для сварки выступов аккумулятора, тогда как многомодовые лазеры идеально подходят для более крупных заготовок, которые необходимо обрабатывать быстрее. Вот их ключевые отличия.

• Точность: Благодаря меньшему размеру пятна одномодовые лазеры обеспечивают повышенную точность при микросварке. Многомодовые лазеры менее точны, так как лазерный луч менее сфокусирован.
• Плотность энергии: Одномодовые лазеры генерируют лазерные лучи с более высокой плотностью энергии из-за меньшего размера луча и лучшего качества луча. Хотя многомодовые лазеры имеют более низкую плотность энергии, они могут быстрее обрабатывать большие поверхности.
• Зона термического влияния:  У одномодовых лазеров меньшая зона термического влияния, поскольку тепло используется более эффективно. Многомодовые лазеры имеют тенденцию генерировать сварные швы более низкого качества с более высокой пористостью.

Типы систем волоконной лазерной сварки

Ручные лазерные сварочные аппараты

Ручные волоконные лазерные сварочные аппараты стали доступнее, чем когда-либо. Как и в системах сварки MIG и TIG, операторы держат «пистолет», чтобы активировать и направлять лазерный луч. Даже новые, неопытные сварщики могут быстро стать продуктивными и создавать высококачественные сварные швы, поскольку кривая обучения намного ниже.

Рабочие станции лазерной сварки

Рабочие станции представляют собой полуавтоматические решения, которые обычно требуют, чтобы оператор загружал заготовки и запускал процесс лазерной сварки. Они идеально подходят для запуска небольших производственных партий, поддержки разработки продуктов и разработки процессов, оптимизированных для конкретного применения. Вы можете увидеть пример этого на нашей рабочей станции лазерной сварки для производителей аккумуляторов.

Роботы для лазерной сварки

Манипуляторы роботов часто используются при лазерной сварке из-за их точности и воспроизводимости. Манипуляторы робота можно запрограммировать на перемещение лазерной сварочной головки в определенные точки на заготовке, что позволяет сваривать большие заготовки, такие как детали кузова автомобиля, крылья самолета и трубы.

Роботизированные лазерные сварочные аппараты

На производственных линиях манипуляторы роботов можно использовать для перемещения и позиционирования зажимных инструментов во время лазерной сварки, сводя к минимуму время ожидания для зажима. Это также позволяет адаптировать положение зажима и давление для каждого отдельного сварного шва.

Наш аккумуляторный лазерный сварочный аппарат представляет собой роботизированное решение, предназначенное для помощи производителям в расширении производства и повышении качества. Функции автоматизации и технического зрения позволяют выполнять сварку на высокой скорости. Для 21700 цилиндрических ячеек наша машина в среднем составляет 100 мс/ячейку.

Сварка волоконным лазером по сравнению с другими методами сварки

Сварка волоконным лазером все чаще используется в современных производственных линиях из-за ее многочисленных преимуществ по сравнению с традиционными методами сварки. Он обеспечивает более высокую точность и скорость, лучшее качество сварки и возможность сваривать более широкий спектр материалов.

Этот процесс также безопасен для окружающей среды, снижает количество отходов и требует меньше обслуживания, чем другие методы сварки. Это делает его экономически эффективным и устойчивым решением для современного производства.

Лазерное и ультразвуковое склеивание

Ультразвуковое склеивание — это метод, в котором для соединения поверхностей используются ультразвуковые колебания. Более подробную информацию о том, как работает этот метод, можно найти здесь. Вот основные различия между ультразвуковой сваркой и лазерной сваркой:

• Лазеры намного быстрее. На линиях по производству аккумуляторов для электромобилей они выполняются как минимум в 10 раз быстрее, чем ультразвуковая сварка, что позволяет производителям увеличивать производство и сокращать количество машин в цехе.

Лазеры

• производят более прочные и долговечные соединения.

Лазеры

• обеспечивают большую точность и контроль над процессом сварки, что приводит к более высокому качеству сварки.
• Ультразвуковая сварка не может использоваться для сварки толстых деталей (обычно ограничивается несколькими миллиметрами)
• Ультразвуковая сварка может использоваться для сварки пластмасс и ковких металлов. Лазеры можно использовать для более широкого спектра металлов, а также для соединения разнородных металлов.
• Ультразвуковая фиксация требует меньших первоначальных инвестиций.

Лазерная сварка по сравнению со сваркой MIG

Сварка MIG или дуговая сварка металлическим газом (GMAW) предполагает использование проволочного электрода, который расходуется в процессе сварки для создания электрической дуги и нагрева соединяемого металла. .

При сварке волоконным лазером получаются более качественные сварные швы, чем при сварке MIG, особенно в тех случаях, когда требуется высокая точность и контроль. Это также лучшее решение для производителей, стремящихся расширить производство.

Однако лазерная сварка более дорогая и сложная в настройке.

Лазерная сварка по сравнению со сваркой TIG

Сварка TIG, также известная как дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде защитного газа (GTAW), использует неплавящийся вольфрамовый электрод для создания электрической дуги и плавления свариваемого металла. Отдельный присадочный стержень используется для добавления материала к сварному соединению по мере необходимости.

В отличие от сварки волоконным лазером, для сварки TIG требуется высококвалифицированный сварщик для контроля подачи тепла и присадочного металла. Этот процесс также более медленный и трудоемкий.

Лазерная сварка создает меньшую зону термического влияния, что приводит к меньшему повреждению материала. Тем не менее, сварка TIG может быть предпочтительнее для применений, где важен внешний вид, поскольку она обеспечивает более эстетичный вид сварных швов.

Сравнение лазерной сварки сопротивлением

Сварка сопротивлением пропускает электрический ток через свариваемые металлические детали. Когда ток проходит через металл, электрическое сопротивление в точке контакта генерирует тепло и вызывает плавление двух соприкасающихся металлов. Для создания точечной сварки можно использовать электроды, а для создания шва можно использовать вращающиеся колеса.

Сварка волоконным лазером дает лучшие результаты сварки, чем сварка сопротивлением. Как бесконтактный процесс, он производит очень маленькие и точные сварные швы с минимальным подводом тепла, что приводит к минимальной деформации и меньшей зоне термического влияния.

Сварку сопротивлением труднее контролировать из-за износа электродов. Однако он больше подходит для небольших ручных операций, поскольку лазеры имеют высокую начальную стоимость.

Лазерная сварка

Благодаря практически безграничным возможностям лазерной сварки технология лазерной сварки универсальна и адаптируема. Это делает его эффективным в ряде отраслей промышленности, позволяя выполнять высококачественные сварные швы как малых, так и больших заготовок.

Растущая роль волоконной лазерной сварки

Поскольку спрос на более быстрые, эффективные и точные производственные процессы продолжает расти, волоконная лазерная сварка, вероятно, будет играть все более важную роль во многих отраслях промышленности.