Лазерная зварка — адзін з важных аспектаў прымянення тэхналогіі лазернай апрацоўкі, а таксама самая прывабная і перспектыўная тэхналогія зваркі ў 21 стагоддзі. У параўнанні з традыцыйнымі метадамі зваркі, лазерная зварка мае шмат пераваг, больш высокую якасць зваркі і больш высокую эфектыўнасць. У цяперашні час тэхналогія лазернай зваркі шырока выкарыстоўваецца ў вытворчасці, парашковай металургіі, аўтамабільнай прамысловасці, электроннай прамысловасці, біямедыцыне і іншых галінах.
Згодна з механізмам утварэння зварачнай ванны, лазерная зварка мае два асноўныя механізмы зваркі: цеплаправодная зварка і зварка з глыбокім пранікненнем (з малымі адтулінамі). Цяпло, якое выпрацоўваецца пры цеплаправоднай зварцы, рассейваецца да дэталі праз цеплаперадачу, так што паверхня зварнога шва плавіцца, практычна без з'явы выпарэння, што часта выкарыстоўваецца пры зварцы нізкахуткасных тонкасценных дэталяў. Глыбокая плаўленне выпарае матэрыял і ўтварае вялікую колькасць плазмы. З-за вялікай колькасці цяпла ў пярэдняй частцы расплаўленай ванны ўтвараюцца адтуліны. Глыбокая зварка можа старанна зварыцца з дэталі, а ўваходная энергія вялікая, хуткасць зваркі высокая, і гэта найбольш шырока выкарыстоўваны рэжым лазернай зваркі.
На якасць лазернай зваркі ўплывае мноства параметраў працэсу, такіх як шчыльнасць магутнасці, форма хвалі лазернага імпульсу, расфакусоўка, хуткасць зваркі і дапаможны газ.
1. Шчыльнасць магутнасці лазера Шчыльнасць магутнасці з'яўляецца адным з найважнейшых параметраў пры лазернай апрацоўцы. Пры больш высокай шчыльнасці магутнасці павярхоўны пласт можа награвацца да тэмпературы кіпення за мікрасекундны час, што прыводзіць да вялікай колькасці выпарэнняў. Такім чынам, высокая шчыльнасць магутнасці вельмі выгадная для апрацоўкі матэрыялу, напрыклад, для штампоўкі, рэзкі і гравіроўкі. Пры нізкай шчыльнасці магутнасці патрабуецца некалькі мілісекунд, каб тэмпература паверхні дасягнула тэмпературы кіпення, і перш чым павярхоўны пласт выпараецца, ніжні пласт дасягае тэмпературы плаўлення, што дазваляе лёгка ўтварыць добрую зварку плаўленнем. Такім чынам, пры лазернай зварцы цеплаправоднасцю дыяпазон шчыльнасці магутнасці складае 104-106 Вт/см2.
2. Форма хвалі лазернага імпульсу
Форма хвалі лазернага імпульсу з'яўляецца не толькі важным параметрам для адрознення выдалення матэрыялу ад плаўлення матэрыялу, але і ключавым параметрам для вызначэння аб'ёму і кошту тэхналагічнага абсталявання. Калі лазерны прамень высокай інтэнсіўнасці трапляе на паверхню матэрыялу, паверхня матэрыялу адбівае і губляе 60~90% лазернай энергіі, асабліва золата, срэбра, медзь, алюміній, тытан і іншыя матэрыялы, якія моцна адбіваюць і хутка перадаюць цяпло. Адбівальная здольнасць металу змяняецца з часам падчас дзеяння лазернага імпульснага сігналу. Калі тэмпература паверхні матэрыялу павышаецца да тэмпературы плаўлення, адбівальная здольнасць хутка зніжаецца, а калі паверхня знаходзіцца ў стане плаўлення, адбівальная здольнасць стабілізуецца на пэўным значэнні.
3. Шырыня імпульсу Шырыня імпульсу з'яўляецца важным параметрам імпульснай лазернай зваркі. Шырыня імпульсу вызначалася глыбінёй пранікнення і зонай цеплавога ўздзеяння. Чым даўжэйшая шырыня імпульсу, тым большая зона цеплавога ўздзеяння, і глыбіня пранікнення павялічвалася з павелічэннем паловы магутнасці шырыні імпульсу. Аднак павелічэнне шырыні імпульсу прывядзе да зніжэння пікавай магутнасці, таму павелічэнне шырыні імпульсу звычайна выкарыстоўваецца для цеплаправоднай зваркі, што прыводзіць да шырокага і неглыбокага памеру шва, асабліва падыходнага для зваркі ўнахлест тонкіх і тоўстых пласцін. Аднак меншая пікавая магутнасць прыводзіць да залішняй цеплаўдачы, і кожны матэрыял мае аптымальную шырыню імпульсу, якая максімізуе пранікненне.
4, расфакусоўка лазернай зваркі звычайна патрабуе пэўнай ступені расфакусоўкі, таму што шчыльнасць магутнасці лазера ў цэнтры кропкі занадта высокая, і выпраменьванне лёгка выпараецца ў адтуліны. Размеркаванне шчыльнасці магутнасці адносна раўнамернае ў кожнай плоскасці, далёкай ад фокусу лазера. Існуе два метады расфакусоўкі: станоўчая расфакусоўка і адмоўная расфакусоўка. Калі факальная плоскасць размешчана над апрацоўванай дэталлю, гэта станоўчая расфакусоўка; у адваротным выпадку - адмоўная расфакусоўка. Згодна з тэорыяй геаметрычнай оптыкі, калі адлегласць паміж станоўчай і адмоўнай плоскасцямі расфакусоўкі і плоскасцю зваркі аднолькавая, шчыльнасць магутнасці ў адпаведнай плоскасці прыблізна аднолькавая, але фактычная форма атрыманай зварачнай ванны адрозніваецца. У выпадку адмоўнай расфакусоўкі можна атрымаць большае пранікненне, што звязана з працэсам утварэння расплаўленай ванны.
5, хуткасць зваркі. Хуткасць зваркі вызначае якасць паверхні зваркі, пранікненне, зону цеплавога ўздзеяння і г.д. Хуткасць зваркі ўплывае на цеплавую магутнасць у адзінку часу. Калі хуткасць зваркі занадта нізкая, цеплавая магутнасць занадта вялікая, што прывядзе да прагарання дэталі. Калі хуткасць зваркі занадта высокая, цеплавая магутнасць занадта малая, што прывядзе да непразрыстага зварвання дэталі. Для паляпшэння пранікнення звычайна выкарыстоўваецца зніжэнне хуткасці зваркі.
6, дапаможная ўдуўка ахоўнага газу Дапаможная ўдуўка ахоўнага газу з'яўляецца важным працэсам пры лазернай зварцы высокай магутнасці. З аднаго боку, яна прадухіляе распыленне металічных матэрыялаў і забруджванне факусуючага люстэрка; з іншага боку, яна прадухіляе празмерную факусоўку плазмы, якая ўтвараецца ў працэсе зваркі, і прадухіляе дасягненне лазера паверхні матэрыялу. У працэсе лазернай зваркі гелій, аргон, азот і іншыя газы часта выкарыстоўваюцца для абароны расплаўленай ванны, каб абараніць дэталь ад акіслення ў зварачнай тэхніцы. Такія фактары, як тып ахоўнага газу, памер паветранага патоку і кут ўдуўкі, аказваюць вялікі ўплыў на вынік зваркі. Розныя метады ўдуўкі таксама аказваюць пэўны ўплыў на якасць зваркі.
Гелій не лёгка іянізуецца (ён мае высокую энергію іянізавання), што дазваляе лазеру праходзіць плаўна, а энергія прамяня бесперашкодна дасягаць паверхні апрацоўванай дэталі. Гэта найбольш эфектыўны ахоўны газ, які выкарыстоўваецца ў лазернай зварцы, але яго цана адносна высокая. Аргон таннейшы і больш шчыльны, таму ён мае лепшую абарону. Аднак ён лёгка іянізуецца высокатэмпературнай металічнай плазмай, тым самым экрануючы частку прамяня ад апрацоўванай дэталі, зніжаючы эфектыўную магутнасць лазера пры зварцы, а таксама пагаршаючы хуткасць зваркі і пранікненне. Паверхні зварных швоў, абароненыя аргонам, больш гладкія, чым абароненыя геліем. Азот з'яўляецца самым танным ахоўным газам, але ён не падыходзіць для некаторых відаў зваркі нержавеючай сталі, галоўным чынам з-за металургічных праблем, такіх як паглынанне, якое часам стварае поры ў зоне нахлеста.
Як новая тэхналогія зваркі, лазерная зварка характарызуецца высокай шчыльнасцю энергіі, высокай хуткасцю, высокай дакладнасцю, глыбокім пранікненнем і высокай адаптыўнасцю. Яе прымяненне ўсё больш шырокае, што можа не толькі павысіць эфектыўнасць вытворчасці, але і палепшыць якасць зваркі. Тэхналогія лазернай зваркі, безумоўна, будзе адыгрываць усё больш важную ролю ў галіне апрацоўкі матэрыялаў.
Час публікацыі: 28 сакавіка 2023 г.
