Лазерная сварка, как передовая технология обработки листового металла, уже заняла лидирующие позиции в обрабатывающей промышленности. Если вы задаетесь вопросом, подходит ли лазерная сварка для ваших индивидуальных проектов, эта статья предоставит вам ценную информацию о принципах, характеристиках, областях применения, преимуществах и недостатках, основанную на более чем десятилетнем опыте HDC в металлообработке.
Что такое лазерная сварка и как она работает?
Лазерная сварка — это высокоточный метод сварки, также называемый лазерной сваркой (ЛС). Лазерная сварка отличается от других методов сварки тем, что в ней используется лазерный луч.
Благодаря высокой концентрации лазерного луча (диаметром 0,1–2 мм) на поверхности соединяемых материалов, создаваемая им высокая температура нагревает материалы в зоне соединения до точки плавления, вызывая их расплавление. Расплавленные материалы сплавляются друг с другом, а после охлаждения и затвердевания образуют прочное и долговечное соединение.
Процесс лазерной сварки
Предварительная работа
- Перед выполнением лазерной сварки мы тщательно очищаем материалы, поскольку любые остаточные загрязнения могут повлиять на процесс сварки или стать причиной появления пористости или трещин в сварном шве.
- Поскольку лазерная сварка требует соблюдения крайне малых монтажных зазоров (обычно менее 10% от толщины материала), мы надежно фиксируем свариваемые заготовки на соответствующих приспособлениях, чтобы гарантировать плотное прилегание сварного шва и отсутствие смещения в процессе обработки.
- Мы настраиваем программу и параметры оборудования для лазерной сварки в соответствии с требованиями к конструкции вашего изделия, такими как траектория сварки, скорость, мощность и т. д., а также используем специализированный маломощный лазер для моделирования траектории лазера, чтобы гарантировать правильную установку параметров.
- Перед началом сварки мы точно позиционируем начальную точку сварного шва непосредственно под фокусом лазера и регулируем расстояние между лазерной головкой и заготовкой таким образом, чтобы фокус находился в оптимальном положении. Это обеспечивает необходимую глубину провара и ширину шва.
Сварка
После завершения вышеуказанных подготовительных работ наши операторы запустят лазерное сварочное оборудование и будут контролировать весь процесс, оперативно внося соответствующие корректировки в случае обнаружения каких-либо отклонений.
В процессе сварки расплавленная ванна, образующаяся из материала, может легко вступать в химическую реакцию с компонентами в воздухе, поэтому мы постоянно и стабильно используем инертные защитные газы (например, аргон или гелий) для защиты зоны сварки, предотвращая окисление или азотирование, а также не допуская хрупкости или пористости сварного шва.
Последующая работа
После завершения лазерной сварки подача защитного газа будет продолжаться в течение нескольких секунд, чтобы защитить ещё не затвердевший шов до его полного затвердевания. После охлаждения заготовки мы проведём комплексный контроль качества, чтобы убедиться, что изделие полностью соответствует вашим требованиям.
Виды лазерной сварки
В зависимости от плотности энергии лазера и глубины сварки лазерная сварка обычно делится на два типа: сварка теплопроводностью и сварка глубоким проплавлением.
Кондуктивная сварка
Теплопроводная сварка — один из наиболее распространённых методов лазерной сварки. При этом используется лазер с низкой плотностью мощности, который воздействует на поверхность материала, вырабатывая тепло, расплавляющее только поверхностный металл, создавая стабильную сварочную ванну с небольшой глубиной проплавления (обычно 1–2 мм). Благодаря низкому тепловложению поверхность шва получается гладкой и эстетичной, обычно не требуя последующей шлифовки.
Теплопроводная сварка подходит для материалов с низкой температурой плавления и малой толщиной и часто используется для изделий с высокими требованиями к точности и внешнему виду, например, корпусов радиаторов.
Сварка с глубоким проникновением
Сварка с глубоким проплавлением, также известная как сварка в замочную скважину, — это метод лазерной сварки высокой мощности. В этом режиме энергия лазера очень концентрирована и может расплавить или даже испарить металл за очень короткое время. Давление, создаваемое при испарении, создаёт тонкую замочную скважину в расплавленном металле, по которой лазер проникает глубоко в материал, создавая глубокие, узкие и высокопрочные сварные швы.
Сварка с глубоким проплавлением характеризуется высокой скоростью сварки и большой глубиной проплавления, что делает ее подходящей для металлических материалов с большой толщиной и высокими требованиями к прочности и широко применяется в автомобилестроении, аэрокосмической промышленности и других отраслях, где требуется сварка пластин средней и большой толщины, например, деталей кузова автомобиля.
Типы лазеров, используемых для сварки
Лазеры, используемые для сварки, можно разделить на несколько категорий в зависимости от активной среды, создающей лазер:
| Тип | Активная среда | Длина волны | Преимущества | Ограничения | Приложения |
|---|---|---|---|---|---|
| Волоконная лазерная сварка | Стеклянное оптическое волокно, легированное редкоземельными элементами | ~1070 нм |
|
| Применимо к большинству областей, таких как автомобилестроение, изготовление листового металла. |
| Сварка лазером CO₂ | Смесь CO₂, азота и гелия | ~10,6 мкм |
|
| Подходит для сварки пластин средней и большой толщины, например, в судостроении, тяжелом машиностроении и при обработке неметаллических материалов. |
| Сварка лазером Nd: YAG | Кристалл YAG (иттрий-алюминиевый гранат), легированный неодимом | 1064 нм |
|
| Подходит для прецизионной микросварки, обычно применяется в медицинских приборах и электронных компонентах (например, датчиках). |
| Сине-зеленая лазерная сварка | Удвоение частоты лазерного диода | Синий:~450 нм Зеленый:~532 нм |
|
| Подходит для сварки материалов с высокой отражательной способностью, таких как аккумуляторы и двигатели новых энергетических транспортных средств, которые сейчас очень популярны. |
| Диодная лазерная сварка | Полупроводниковый диод | 808-980 нм |
|
| Подходит для неглубокой сварки, например, сварки пластика и тонколистового металла. |
Преимущества и недостатки лазерной сварки
Преимущества
Применимо ко многим материалам
Лазерной сварке поддаются многие материалы, включая металлы и неметаллы. Более того, лазерная сварка позволяет легко соединять разнородные металлы, чего сложно добиться при сварке TIG или MIG.
Металл
сталь, углеродистая сталь, стальные сплавы, нержавеющая сталь, титан и титановые сплавы, алюминиевые сплавы, медь и медные сплавы.
Неметалл
стекло, керамика, термопластик: ПК, АБС, ПА, ПП, ПЭ.
Высокая эффективность сварки
Благодаря концентрированной энергии лазера процесс сварки происходит очень быстро, в пять и более раз быстрее, чем при использовании традиционных методов сварки. Таким образом, использование лазерной сварки может сократить производственный цикл и повысить эффективность производства.
Малая зона термического влияния
Плотность энергии лазерного луча высока, что позволяет расплавлять только свариваемую область, в то время как окружающий материал подвергается минимальному тепловому воздействию. Таким образом, лазер не вызывает деформаций, способных повлиять на качество продукции, что делает его очень подходящим для прецизионной сварки и сварки очень тонких деталей.
Высокое соотношение глубины и ширины
При использовании режима глубокого проплавления лазерная сварка позволяет сваривать материалы средней толщины за один проход, эффективно формируя глубокие, узкие и высокопрочные сварные швы.
Недостатки
Высокие требования к предварительной обработке
- Перед лазерной сваркой поверхность необходимо тщательно очистить. Любые остатки на поверхности могут привести к образованию пузырей и трещин в сварном шве.
- Полированные металлические поверхности требуют обработки, такой как пескоструйная обработка, шлифовка или оксидирование. Невыполнение этой полировки может привести к чрезвычайно высокой отражательной способности, что скажется на качестве и производительности сварки.
Ограниченная пропускная способность для крупногабаритных деталей
Лазерная сварка может быть очень эффективна для тонких и средних по толщине материалов, но для более толстых или больших материалов желаемых результатов достичь сложно.
Высокие первоначальные инвестиционные затраты
Оборудование для лазерной сварки стоит дорого и требует высокой квалификации оператора, поэтому оно больше подходит для серийного производства сварочных изделий. Однако компания HDC предлагает профессиональное и высокоточное оборудование для лазерной сварки.
Применение лазерной сварки
Автомобильная промышленность
Автомобильная промышленность является наиболее развитой и широко применяемой областью применения лазерной сварки. Лазерная сварка используется для соединения элементов рамы автомобиля, таких как крыша, боковые панели и двери, что не только снижает вес, но и повышает прочность и герметичность кузова. Кроме того, лазерная сварка используется в аккумуляторных батареях и двигателях автомобилей на новых источниках энергии, например, для сварки положительных и отрицательных электродов аккумуляторных элементов, сварки шин и сварки корпуса аккумулятора.
Медицинские приборы
Сварные швы, получаемые при лазерной сварке, чистые и гладкие, что делает её особенно подходящей для медицинских устройств, требующих высокой чистоты и точности. Лазерная сварка широко применяется для герметизации швов кардиостимуляторов, сварки имплантатов суставов и сварки прецизионных хирургических инструментов из нержавеющей стали.
Изготовление листового металла
Лазерная сварка обеспечивает гладкие сварные швы с хорошей герметичностью и привлекательным внешним видом, что делает её одним из наиболее распространённых методов сварки при изготовлении изделий из листового металла. Многие корпуса и шкафы изготавливаются с помощью лазерной сварки, например, распределительные коробки, шкафы управления, корпуса бытовой техники и кухонные шкафы из нержавеющей стали.
Электроника
Лазерная сварка отличается малой зоной термического влияния и высокой точностью, что позволяет точно фокусировать лазерную энергию на небольшой площади сварки. Это эффективно предотвращает повреждение окружающих компонентов теплом, выделяемым при сварке, что делает её широко используемой в чувствительных и прецизионных электронных изделиях, таких как промежуточные корпуса мобильных телефонов, герметизация и соединение корпусов датчиков, а также прецизионная точечная сварка внутренних компонентов ноутбуков.
По сравнению с традиционной сваркой
Лазерная сварка против сварки MIG
Лазерная сварка отличается чрезвычайно низким тепловложением, что обеспечивает точность сварки с минимальной деформацией и эстетически привлекательным результатом. В отличие от этого, при сварке MIG используется проволока, которая одновременно служит электродом и присадочным металлом, требуя непрерывной подачи тока и плавления. Поэтому общее тепловложение относительно высокое, что может легко привести к деформации заготовки, а гладкость и внешний вид шва уступают лазерной сварке. Однако сварка MIG обеспечивает большую гибкость процесса и особенно подходит для сварки материалов большой толщины.
Лазерная сварка против дуговой сварки
Оборудование для дуговой сварки простое и лёгкое, готово к использованию сразу после включения, что делает его очень подходящим для работы на открытом воздухе. Однако дуговая сварка требует от оператора более высокой технической квалификации, поэтому качество и результаты сварки могут варьироваться. Лазерная сварка, напротив, отличается высокой степенью автоматизации и контролируемой точностью, что обеспечивает более высокое качество и эффективность сварки по сравнению с дуговой сваркой.
Лазерная сварка против сварки TIG
При сварке TIG в качестве электрода используется вольфрамовый стержень с чрезвычайно высокой температурой плавления, не требующий расходных материалов, а сварной шов заполняется отдельной присадочной проволокой. Это позволяет получать чистые, красивые и качественные сварные швы. Однако скорость сварки очень низкая, а квалификация сварщика крайне высока, что делает этот метод менее эффективным и экономичным, чем лазерная сварка. Однако для сварки тонких листов металла, трудно поддающихся сварке, или для соединения разнородных металлов сварка TIG является более отработанным и надежным методом.
Вывод
Если ваши изделия предъявляют высокие требования к точности и эстетике, а также нуждаются в массовом производстве, будь то сварка небольших деформаций тонких материалов или сварка с глубоким проплавлением листов средней и большой толщины, лазерная сварка — идеальный выбор. Лазерная сварка — стандартный метод обработки в HDC, и мы можем предоставить вам квалифицированную техническую поддержку и высокорентабельные индивидуальные услуги. Свяжитесь с нами, и мы оперативно предложим вам индивидуальные услуги по обработке листового металла, включая лазерную сварку.
Узнайте больше из наших сообщений в блоге.
Недавние Посты
Узнайте больше о нашей продукции
Продукты HDC
Мгновенная цена!