Преимущества и спектр применений оборудования для сварки ч. 3

Лазерная сварка необходима для качественного процесса соединения материалов различной толщины в самых различных режимах. За счет целого ряда технологических преимуществ она эффективно применяется в мировой промышленности во всех отраслях – от производства электронных компонентов до соединения деталей обшивки самолетов, позволяя выходить на принципиально новый уровень, создавать компоненты нового поколения, а также эффективно заменять другие методы работы.

Основные преимущества:

  1. Рабочая зона имеет четкие границы в виде площади пятна лазера, высокая скорость нагрева и охлаждения, это дает высокую пластичность и прочность сварных соединений, минимальные остаточные напряжения и деформации.
  2. Спектр материалов: керамика, стекло, сплавы титана и меди, высокоуглеродистые высоколегированные марки стали, разнородные материалы (медь и сталь, алюминий и вольфрам и т.д.).
  3. Хорошая гибкость и управляемость всего процесса, возможность полной автоматизации перемещения устройства по поверхности детали.
  4. Невысокая стоимость и простота модернизации станков (по сравнению с другими методами).
  5. Процесс, в отличие от электронно-дуговой и аргоновой, не требует вакуумной камеры, на луч не влияют магнитные поля, что обеспечивает стабильное формирование шва.
  6. Лазерный луч управляется с помощью зеркальных оптических систем или оптических световодов и легко транспортируется в труднодоступные места. Поэтому возможно соединение крупногабаритных конструкций, которое проводится через прозрачные материалы в жидких средах.
  7. Экологическая чистота процесса, определяется, в частности, отсутствием флюсов и других сварочных материалов.

Оборудование: типы и применения

В настоящее время для лазерной сварки используются установки с различными типами конструкций разной мощности. Наибольшее распространение в этой области получили СО2, импульсные твердотельные с ламповой накачкой и волоконные станки. В данной статье мы будем подразделять системы на мощные – от 1 кВт до 500 Вт.

Системы на лазерах мощностью от 1 кВт

Использование таких станков во многом связано с отраслями крупного массового производства – самолето- и автомобилестроением. Здесь часто требуется сваривать достаточно крупные конструкции на большую глубину.

Использование лазерных технологий в самолетостроении, в частности, в изготовлении фюзеляжа позволило уменьшить вес летательных аппаратов Airbus A380 на 15% по сравнению с клепкой.С самого начала внедрения лазерных технологий для этих целей начали использоваться мощные СО2 станки. Мощность их излучения составляет до десятков киловатт. На российском рынке представлены системы и российских, и зарубежных производителей, среди них: ЗАО «Технолазер» и ЗАО «Лазерные комплексы» (Шатура, МО), Trumpf и Rofin-Sinar (Германия) и др.

Недостатком газовых лазеров является, прежде всего, невысокий КПД. Например, для оборудования мощностью 5 кВт, обеспечивающего сварку стали на глубину 5 мм, потребляемая мощность составит 100 кВт.

После появления на рынке волоконных лазеров мощностью до десятков киловатт в этом сегменте рынка начали происходить существенные изменения. Это связано с тем, что достигнутые параметры позволяют сваривать предметы толщиной до 20-30 мм. За счет высокого КПД существенно снизилось энергопотребление и упростилось обслуживание систем, а также уменьшились весо-габаритные параметры. Однако стоимость таких станков, в сравнении с СО2 сравнительно высока.

Системы на мощностью до 500 Вт.

В этой группе стоит выделить установки с импульсными твердотельными лазерами с ламповой накачкой с длиной волны излучения 1.06 мкм. Их применение обеспечивает минимальную зону термического влияния на материал, что позволяет сохранить геометрию свариваемых изделий практически без изменений.

Установки с твердотельными устройствами нашли широкое применение в производстве приборов электронной техники, точного приборостроения, ювелирных и медицинских изделий, ремонта и восстановления пресс-форм. Эти установки используются для изготовления сложных и ответственных изделий в атомной, аэрокосмической, электронной, оборонной отраслях промышленности.

Использование импульсных твердотельных устройств позволяет реализовывать такие технологии микрообработки, как сварка единым импульсом (SHADOW разработки швейцарской фирмы LASAG). Данная технология позволяет добиться минимальной длительности процесса (<200 мс), минимальных деформаций и термического воздействия (даже в сравнении с точечной и шовной лазерной сваркой).

В настоящее время на российском рынке предлагается широкий спектр современных моделей установок - от компактных комплексов для ручной сварки до широкоуниверсальных машин с 4х координатными столами. В частности, такой спектр оборудования серийно производится НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ» (г. Зеленоград) и ОКБ «Булат». Из импортных производителей можно выделить Rofin-Sinar и LASAG AG.

Кроме установок с твердотельными лазерами с ламповой накачкой в последние годы также активно развивается производство волоконных станков, использование которых позволяет осуществлять сварочную работу с меньшими энергозатратами и на более высоких скоростях, а также реализовывать уникальные сложные технологии. С другой стороны, у этих типов устройств есть свои ограничения – например, по спектру обрабатываемых материалов.

Активное применение эти станки нашли в производстве блоков питания кардиостимуляторов, точечной сварке лезвий бритв, деталей коробки передач с карданным валом и т.д.