Лазерная сварка

Почти 20 лет назад, лазерная сварка была в зачаточном состоянии, и использовалась в основном для экзотических применений, где никакой другой процесс сварки не подходил. Сегодня, лазерная сварка является полноценной частью металлообрабатывающей промышленности, вошедшие в производстве сварных швов для общих элементов, таких как зажигалки, часы пружины, двигатель, трансформатор, и многих других. Однако очень немногие инженеры предпочитают использовать лазеры в производстве.

Почему? Есть много причин, но первая потому что не все знакомы с технологией лазерной сварки. Другие причины, такие, как относительно высокая начальная стоимость и обеспокоенность по поводу использования лазеров в производственной среде.

Сварка это процесс нагревания материалов до расплавленного состояния и слития их вместе. Лазеры генерируют световую энергию, которая может всасываться в материалы и преобразуется в тепловую энергию. Используя луч света в видимом или инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра, мы можем передавать эту энергию от источника к материалу с использованием оптики, которая может фокусировать и направлять энергию на очень маленькие, точные точки. Поскольку лазер испускает когерентное излучение, луч энергии имеет минимальные расхождения и может проходить на большие расстояния без существенной потери качества света или энергии.

Что все это означает для производства? Чтобы оценить потенциал использования лазеров в сварочных работах, необходимо пересмотреть некоторые традиционные подходы к эффективности и как она относится к преобразованию энергии. Лазер относительно неэффективный преобразователь электрической энергии в световой поток, с лучшими лазерами достигается лишь от 2 до 15 процентов преобразования энергии, в зависимости от типа используемого лазера. Тем не менее, практически весь световой поток поступает в небольшую точку в несколько тысячных дюйма или меньше.

Следовательно, при применении тепловой энергии на небольших участках, не существует других методов таких эффективных, как лазеры. Эта возможность выборочно применять энергию предлагает некоторые отличительные преимущества в металлургической промышленности и некоторых сварочных работ, но и создает некоторые уникальные проблемы. Так как поверхность нагрева порожденных лазерным излучением опирается на теплопроводность материала для производства сварки, проникновение обычно ограничивается менее 2 миллиметров.

При нагревании пятно лазерного фокуса выше точки кипения, и в металле образуется отверстие. Оно заполнено ионизированным газом и становится эффективным поглотителем, захват около 95 процентов энергии лазерного излучения в цилиндрическом объеме, известный как замочная скважина. 

Температура в этой замочной скважине может достигать 25000 ° C, что делает такую сварку очень эффективной. Тепло проводится главным образом вниз от поверхности, оно проводится радиально наружу от замочной скважины, образуя расплавленные области. Как лазерный луч перемещается вдоль заготовки, расплавленный металл заполняет замочную скважину и затвердевает с образованием сварного шва. 

Эта техника позволяет сваривать металлы скоростью несколько сотен сантиметров в минуту или больше, в зависимости от лазерного размера.