Lézeres hegesztés

A lézeres hegesztési módszernél nagy energiasűrűségű koncentrált fénysugarat (sugárátmérő 0,1 ... 2 mm) használnak az alkatrészek összekapcsolására. A fénysugár típusától függően a lézerhegesztés lehet impulzusos és folyamatos. A pontkötéseket impulzusos hegesztéssel végezzük, a folyamatos varratokhoz pulzáló-periodikus vagy folyamatos sugárzást alkalmazunk. Az impulzushegesztést akkor is alkalmazzák, ha folyamatosan biztosítani kell a hőmérsékleti felmelegedésből eredő minimális deformációt és a nagy pontosságot - nagy sebességű hegesztéshez sorozat- vagy tömeggyártásban.

A lézeres hegesztéssel különféle anyagokat kötnek össze: acél, titán, alumínium, tűzálló fémek, réz, fémötvözetek, nemesfémek, bimetálok, több tíz milliméter vastagságban. A fényvisszaverő fémek, például alumínium és réz lézeres hegesztése azonban kissé nehézkes. Fémek lézeres hegesztése az ábrán látható. 2.

Az aktív fémek hegesztését védőgázzal, a fénysugárral érintkező területre irányított sugár formájában végzik.

1. fotó – Szilárdtestlézeres hegesztés: 1 – aktív közeg (rubin, gránát, neodímium), 2 – pumpás lámpa, 3 – átlátszatlan tükör, 4 – áttetsző tükör, 5 – optikai szál, 6 – optikai rendszer, 7 – részlet, 8 — lézersugár a fókuszpontban, 9, 10 — lézersugárosztók.

2. kép – Anyagok hegeszthetősége

A behatolás mélysége szerint háromféle lézerhegesztés létezik:

1) mikrohegesztés (100 mikronnál kisebb),

2) minihegesztés (0,1 ... 1 mm),

3) makrohegesztés (több mint 1 mm).

Mivel a behatolási mélység általában nem haladja meg a 4 mm-t, a lézeres hegesztést elsősorban a precíziós szerszámgyártásban, elektronikai eszközök, órák gyártásában, repülőgépgyártásban, autóiparban, csőhegesztésben használják, és széles körben alkalmazzák az ékszeripar.

A tompahegesztés és az átfedés előtt 0,1 ... 0,2 mm hézagot kell biztosítani. Nagy hézagok esetén kiégés és a szintézis hiánya léphet fel.

A lézeres hegesztési mód fő paraméterei a következők:

1) impulzus időtartama és energia,

2) impulzusfrekvencia,

3) a fénysugár átmérője,

4) a távolság a fókuszált sugár legkisebb részétől a felületig,

5) hegesztési sebesség. Eléri az 5 mm/s-ot. A sebesség növeléséhez az impulzusfrekvencia növelése vagy folyamatos üzemmód használatos.

Az ipar kétféle lézert használ lézeres hegesztéshez:

1) szilárdtest - rubin, neodímium és YAG lézerek (itrium-alumínium gránát alapú);

2) gáz-CO2 lézerek.

Az utóbbi időben megjelentek a lézeres hegesztőgépek is, amelyek aktív eleme egy kvarcból készült optikai szál.Az ilyen lézerek lehetővé teszik a "problémás" anyagok hegesztését - réz és sárgaréz, nagy fényvisszaverő képességgel, titán.

A különféle lézeres hegesztőgépek képességeit az 1. és 2. táblázat mutatja be.

A CO2 gázlézeres hegesztési módok példái a 3. táblázatban láthatók.

1. táblázat – Lemezvastagság és hegesztőlézerteljesítmény

2. táblázat – A lézerek alkalmazhatósága

3. táblázat – Lézeres tompahegesztés módjai gázlézerrel

A lézersugár átmérője általában 0,3 mm. A 0,3 mm-nél kisebb gerendával hegesztett tompahegesztéseknél előfordulhat, hogy a tapadás és a behatolás hiánya. A 10 kW-ig terjedő lézeres hegesztés általában töltőanyag nélkül történik.

A lézeres hegesztés során a hő által érintett kis felület miatt a varrat nagyon gyorsan lehűl. Ennek negatív és pozitív következményei is lehetnek a hegesztett kötés minőségére nézve. Sok fém biztosítja a legjobb fizikai és mechanikai tulajdonságokat az ízületek gyors lehűlésével. Rozsdamentes acél hegesztése során azonban ez a varrat töréséhez vezethet. Az impulzusszélesség 10 ms-ra növelése és az előmelegítés segít kiküszöbölni ezt a jelenséget.

A hegesztési anyagok és módok megfelelő megválasztásával a lézeres hegesztés a legjobb minőségű varratokat eredményezi.

A lézeres rendszerek három kategóriába sorolhatók:

1) Tokozási eszközök. Az ilyen eszközökben a munkadarabokat egy speciális zárt térbe helyezik, amely semleges védőatmoszférát és lézersugarat tartalmaz. A hegesztő egy speciális optikai rendszer segítségével tudja irányítani és felügyelni a hegesztési folyamatot.

2) Kültéri hegesztésre szánt eszközök.A lézersugár több szabadságfokkal rendelkezik, és programozott mozgásokat produkál. A hegesztési zónát gázáramlás védi.

3) Kézi lézerhegesztésre szánt eszközök. A lézerpisztolyok nagyon hasonlítanak a TIG hegesztőpisztolyokhoz. A lézersugarat optikai szál segítségével továbbítják a fáklyára. Hegesztés közben a hegesztő egyik kezében a lézerpisztolyt, a másikban a töltőanyagot tartja.

4. táblázat – A különböző típusú lézerhegesztések összehasonlítása

A lézeres hegesztés előnyei a következők:

1) a lézersugár kis területű termikus hatása az anyagra, és ennek eredményeként jelentéktelen termikus deformációk;

2) hegesztés lehetősége nehezen elérhető helyeken, lézersugárzásnak átlátszó környezetben (üveg, folyadékok, gázok);

3) mágneses anyagok hegesztése;

4) kis fénysugár átmérő, mikrohegesztés lehetősége, keskeny hegesztési varrat jó esztétikai tulajdonságokkal;

5) a folyamat automatizálásának képessége;

6) a fénysugár rugalmas manipulálása optikai átvitelen keresztül;

7) a lézeres berendezések sokoldalúsága (lézeres hegesztésre és vágásra, jelölésre és fúrásra való felhasználás lehetősége);

8) különböző anyagok hegesztésének lehetősége.

A lézeres hegesztés hátrányai:

1. A lézeres berendezések magas költsége és összetettsége.

2. Magas követelmények a hegesztési élek előkészítésére, tisztítására.

3. Vastag falú alkatrészek hegesztésének lehetetlensége, elégtelen teljesítmény.A hegesztőlézerek teljesítményének növelését korlátozza, hogy a lézersugár fémre gyakorolt ​​erősebb hatására az aktívan szétszóródik a hegesztési zónában, ami károsítja a készülék optikai rendszerét és néhány óra alatt deaktiválja a lézert. .