Lazerinis suvirinimas

Lazerinio suvirinimo būdu detalėms sujungti naudojamas koncentruotas didelio energijos tankio šviesos spindulys (spindulio skersmuo 0,1 ... 2 mm). Pagal šviesos pluošto tipą lazerinis suvirinimas gali būti impulsinis ir nenutrūkstamas. Taškinės jungtys virinamos impulsiniu būdu, ištisinėms siūlėms naudojama impulsinė periodinė arba nuolatinė spinduliuotė. Impulsinis suvirinimas taip pat naudojamas, kai reikia užtikrinti minimalias deformacijas nuo temperatūros įkaitimo ir didelį tikslumą, nuolat - greitam suvirinimui serijinėje arba masinėje gamyboje.

Lazerinis suvirinimas naudojamas sujungiant įvairias medžiagas: plieną, titaną, aliuminį, ugniai atsparius metalus, varį, metalų lydinius, tauriuosius metalus, bimetalus, kurių storis nuo dešimčių iki kelių milimetrų. Tačiau lazeriu suvirinti atspindinčius metalus, tokius kaip aliuminis ir varis, yra šiek tiek sunku. Metalų suvirinimas lazeriu parodytas fig. 2.

Aktyvių metalų suvirinimas atliekamas naudojant apsaugines dujas čiurkšlės pavidalu, nukreiptą į šviesos spindulio poveikio zoną.

1 nuotrauka – Suvirinimas kietojo kūno lazeriu: 1 – aktyvioji terpė (rubinas, granatas, neodimis), 2 – pompinė lempa, 3 – nepermatomas veidrodis, 4 – permatomas veidrodis, 5 – optinis pluoštas, 6 – optinė sistema, 7 – detalė, 8 — lazerio spindulys fokusavimo taške, 9, 10 — lazerio spindulio skirstytuvai.

2 nuotrauka – medžiagų suvirinimas

Pagal įsiskverbimo gylį yra trys lazerinio suvirinimo tipai:

1) mikrosuvirinimas (mažiau nei 100 mikronų),

2) mini suvirinimas (0,1 ... 1 mm),

3) makro suvirinimas (daugiau nei 1 mm).

Kadangi įsiskverbimo gylis paprastai neviršija 4 mm, suvirinimas lazeriu plačiai naudojamas daugiausia tiksliųjų įrankių gamyboje, elektroninių prietaisų, laikrodžių gamyboje, orlaivių konstrukcijoje, automobilių pramonėje, vamzdžių suvirinimui, taip pat plačiai naudojamas juvelyrikos pramonė.

Prieš sandūrinį suvirinimą ir persidengimą įsitikinkite, kad tarpas yra 0,1 ... 0,2 mm. Esant dideliems tarpams, gali atsirasti perdegimas ir sintezės trūkumas.

Pagrindiniai lazerinio suvirinimo režimo parametrai yra šie:

1) impulso trukmė ir energija,

2) impulsų dažnis,

3) šviesos pluošto skersmuo,

4) atstumas nuo mažiausios sufokusuoto pluošto dalies iki paviršiaus,

5) suvirinimo greitis. Jis pasiekia 5 mm/s. Norint padidinti greitį, padidinamas impulsų dažnis arba naudojamas nuolatinis režimas.

Lazeriniam suvirinimui pramonėje naudojami 2 lazerių tipai:

1) kietojo kūno – rubino, neodimio ir YAG lazeriai (itrio aliuminio granato pagrindu);

2) dujiniai CO2 lazeriai.

Pastaruoju metu atsirado ir lazerinio suvirinimo aparatai, kurių aktyvusis elementas – iš kvarco pagamintas optinis pluoštas.Tokie lazeriai leidžia suvirinti „problemines“ medžiagas – varį ir žalvarį su dideliu atspindžiu, titaną.

Įvairių lazerinio suvirinimo aparatų galimybės pateiktos 1 ir 2 lentelėse.

CO2 dujinio suvirinimo lazeriu režimų pavyzdžiai pateikti 3 lentelėje.

1 lentelė. Lakšto storis ir suvirinimo lazerio galia

2 lentelė. Lazerių pritaikymas

3 lentelė. Lazerinio sandūrinio suvirinimo dujiniu lazeriu režimai

Lazerio spindulio skersmuo paprastai yra 0,3 mm. Sandarinio suvirinimo siūlės, suvirintos mažesniu nei 0,3 mm sija, gali turėti sukibimo ir prasiskverbimo trūkumą. Suvirinimas lazeriais iki 10 kW dažniausiai atliekamas be užpildo.

Dėl nedidelio ploto, kurį suvirinant lazeriu veikia šiluma, siūlė labai greitai atvėsta. Tai gali turėti tiek neigiamų, tiek teigiamų pasekmių suvirintos jungties kokybei. Daugelis metalų suteikia geriausias fizines ir mechanines savybes greitai aušinant jungtis. Tačiau suvirinant nerūdijantį plieną, tai gali sukelti suvirinimo siūlės lūžimą. Impulso pločio padidinimas iki 10 ms ir išankstinis pašildymas padeda pašalinti šį reiškinį.

Tinkamai parinkus suvirinimo medžiagas ir režimus, suvirinant lazeriu gaunamos aukščiausios kokybės siūlės.

Lazerines sistemas galima suskirstyti į 3 kategorijas:

1) Korpuso įtaisai. Tokiuose įrenginiuose ruošiniai dedami į specialią uždarą erdvę, kurioje yra apsauginė neutrali atmosfera ir lazerio spindulys. Suvirintojas gali valdyti ir stebėti suvirinimo procesą naudodamas specialią optinę sistemą.

2) Prietaisai, skirti suvirinimui lauke.Lazerio spindulys turi keletą laisvės laipsnių ir sukuria užprogramuotus judesius. Suvirinimo zona yra apsaugota dujų srautu.

3) Prietaisai, skirti rankiniam lazeriniam suvirinimui. Lazeriniai degikliai yra labai panašūs į TIG suvirinimo degiklius. Lazerio spindulys perduodamas į degiklį naudojant optinį pluoštą. Suvirinimo metu suvirintojas vienoje rankoje laiko lazerinį degiklį, o kitoje – užpildo medžiagą.

4 lentelė. Įvairių lazerinio suvirinimo tipų palyginimas

Lazerinio suvirinimo pranašumai yra šie:

1) mažas lazerio spindulio šiluminio poveikio medžiagai plotas ir dėl to nereikšmingos šiluminės deformacijos;

2) galimybė suvirinti sunkiai pasiekiamose vietose, lazerio spinduliuotei skaidrioje aplinkoje (stiklas, skysčiai, dujos);

3) magnetinių medžiagų suvirinimas;

4) mažas šviesos pluošto skersmuo, mikro suvirinimo galimybė, siaura suvirinimo siūlė su geromis estetinėmis savybėmis;

5) galimybę automatizuoti procesą;

6) lankstus manipuliavimas šviesos pluoštu per optinį perdavimą;

7) lazerinės įrangos universalumas (galimybė naudoti lazeriniam suvirinimui ir pjovimui, žymėjimui ir gręžimui);

8) galimybė suvirinti įvairias medžiagas.

Lazerinio suvirinimo trūkumai:

1. Didelė lazerinės įrangos kaina ir sudėtingumas.

2. Aukšti reikalavimai paruošimui, suvirinimo briaunų valymui.

3. Storasienių detalių suvirinimo neįmanoma, nepakanka galios.Suvirinimo lazerių galios didinimą riboja tai, kad stipresnis lazerio spindulio poveikis metalui, jis aktyviai išsisklaido suvirinimo zonoje, o tai pažeidžia įrenginio optinę sistemą ir per kelias valandas išjungia lazerį. .