Ласерско заваривање је један од важних аспеката примене технологије ласерске обраде, али и најзанимљивија и најперспективнија технологија заваривања у 21. веку. У поређењу са традиционалним методама заваривања, ласерско заваривање има многе предности, већи квалитет заваривања и бржу ефикасност. Тренутно се технологија ласерског заваривања широко користи у производњи, металургији праха, аутомобилској индустрији, електронској индустрији, биомедицини и другим областима.
Према механизму формирања базена за заваривање, ласерско заваривање има два основна механизма заваривања: заваривање топлотном проводљивошћу и заваривање дубоким продирањем (мале рупе). Топлота генерисана заваривањем топлотном проводљивошћу се дифузује на радни предмет путем преноса топлоте, тако да се површина завара топи, у основи нема феномена испаравања, што се често користи код заваривања танкозидних компоненти споре брзине. Дубоко фузијско заваривање испарава материјал и ствара велику количину плазме. Због велике топлоте, на предњем крају растопљеног базена појавиће се рупе. Заваривање дубоким продирањем може темељно заварити радни предмет, а улазна енергија је велика, брзина заваривања је велика, што је најчешће коришћени начин ласерског заваривања.
Постоји много параметара процеса који утичу на квалитет ласерског заваривања, као што су густина снаге, облик таласа ласерског импулса, дефокусирање, брзина заваривања и помоћни гас за дување.
1. Густина снаге ласера Густина снаге је један од најкритичнијих параметара у ласерској обради. Са већом густином снаге, површински слој се може загрејати до тачке кључања у временском опсегу од микросекунди, генеришући велику количину испаравања. Стога је висока густина снаге веома повољна за обраду уклањањем материјала, као што су пробијање, сечење и гравирање. Код мале густине снаге, потребно је неколико милисекунди да површинска температура достигне тачку кључања, а пре него што површински слој испари, доњи слој достигне тачку топљења, што омогућава добро заваривање топљењем. Стога, код ласерског заваривања топлотном проводљивошћу, густина снаге је у опсегу од 104-106W/cm2.
2. Таласни облик ласерског импулса
Таласни облик ласерског импулса није само важан параметар за разликовање уклањања материјала од топљења материјала, већ и кључни параметар за одређивање запремине и трошкова опреме за обраду. Када ласерски зрак високог интензитета доспе на површину материјала, површина материјала ће имати 60 ~ 90% рефлексије и губитка ласерске енергије, посебно злато, сребро, бакар, алуминијум, титанијум и други материјали који снажно рефлектују и брзо преносе топлоту. Рефлексија метала варира током трајања ласерског импулсног сигнала. Када се површинска температура материјала подигне до тачке топљења, рефлексија се брзо смањује, а када је површина у стању топљења, рефлексија се стабилизује на одређеној вредности.
3. Ширина импулса Ширина импулса је важан параметар импулсног ласерског заваривања. Ширина импулса је одређена дубином продирања и зоном утицаја топлоте. Што је ширина импулса дужа, то је зона утицаја топлоте већа, а дубина продирања се повећава са 1/2 снаге ширине импулса. Међутим, повећање ширине импулса ће смањити вршну снагу, па се повећање ширине импулса генерално користи за заваривање проводљивошћу топлоте, што резултира широком и плитком величином завара, посебно погодном за преклапање танких и дебелих плоча. Међутим, нижа вршна снага доводи до прекомерног уноса топлоте, а сваки материјал има оптималну ширину импулса која максимизира продирање.
4, дефокусирање ласерским заваривањем обично захтева одређену количину дефокусирања, јер је густина снаге ласера у центру тачке превисока, лако испарава у рупе. Расподела густине снаге је релативно равномерна у свакој равни даље од ласерског фокуса. Постоје две методе дефокусирања: позитивно дефокусирање и негативно дефокусирање. Ако се фокална раван налази изнад радног предмета, то је позитивно дефокусирање; у супротном, то је негативно дефокусирање. Према теорији геометријске оптике, када је растојање између позитивне и негативне равни дефокусирања и равни заваривања једнако, густина снаге на одговарајућој равни је приближно иста, али је стварни облик добијеног заварног базена другачији. У случају негативног дефокусирања, може се постићи већа пенетрација, што је повезано са процесом формирања растопљеног базена.
5, брзина заваривања Брзина заваривања одређује квалитет површине заваривања, пенетрацију, зону утицаја топлоте итд. Брзина заваривања утиче на унос топлоте по јединици времена. Ако је брзина заваривања преспора, унос топлоте је превелик, што доводи до прогоревања радног предмета. Ако је брзина заваривања пребрза, унос топлоте је премали, што доводи до непрозирног заваривања радног предмета. Смањење брзине заваривања се обично користи за побољшање пенетрације.
6, помоћно дување заштитног гаса Помоћно дување заштитног гаса је суштински процес у ласерском заваривању велике снаге. С једне стране, спречава распршивање металних материјала и загађивање фокусирајућег огледала; с друге стране, спречава да се плазма генерисана у процесу заваривања превише фокусира и спречава да ласер допре до површине материјала. У процесу ласерског заваривања, хелијум, аргон, азот и други гасови се често користе за заштиту растопљеног базена, тако да је радни предмет заштићен од оксидације у техници заваривања. Фактори као што су врста заштитног гаса, величина протока ваздуха и угао дувања имају велики утицај на резултат заваривања. Различите методе дувања такође имају одређени утицај на квалитет заваривања.
Хелијум се не јонизује лако (има високу јонизујућу енергију), што омогућава ласеру да пролази глатко и да енергија снопа несметано досегне површину радног предмета. Ово је најефикаснији заштитни гас који се користи у ласерском заваривању, али је цена релативно висока. Аргон је јефтинији и гушћи, тако да има бољу заштиту. Међутим, лако се јонизује металном плазмом високе температуре, чиме се део снопа штити од радног предмета, смањујући ефективну снагу ласера заваривања, али и оштећујући брзину заваривања и пенетрацију. Површине завара заштићене аргоном су глатке од оних заштићених хелијумом. Азот је најјефтинији као заштитни гас, али није погодан за неке врсте заваривања нерђајућег челика, углавном због металуршких проблема, као што је апсорпција, која понекад ствара поре у зони преклапања.
Као нова технологија заваривања, ласерско заваривање има карактеристике високе густине енергије, велике брзине, високе прецизности, дубоког продирања и велике прилагодљивости. Његова примена је све шира, што не само да може побољшати ефикасност производње, већ и побољшати квалитет заваривања. Технологија ласерског заваривања ће свакако играти све важнију улогу у области обраде материјала.
Време објаве: 28. март 2023.
