Лазерная сварка алюминия: все, что надо знать о технологии
Алюминий и его сплавы широко применяются в различных отраслях: авиа-, авто-, судо-, приборостроении, строительной отрасли, ракетной технике. Этот конструкционный материал отличается незначительным весом, повышенной прочностью, стойкостью к коррозионному воздействию. Но у него есть существенный недостаток – он плохо поддается свариванию. При нагревании алюминий мгновенно образует тугоплавкие окислы, поглощающие водяные пары и газы, приводя к появлению дефектов шва. Их наличие не позволяет подвергать его обычной температурной обработке, как другие металлы. Лазерная сварка алюминия – оптимальный способ соединения изделий. До недавнего времени была возможность производить такую обработку только в промышленных условиях. Но сегодня на рынке появились лазерные станки для мелкосерийного производства, бытового использования.
Технология лазерной сварки алюминия
Впервые технология заявила о себе во второй половине 20 века. Специалисты сразу оценили ее возможности. Тонкий, сфокусированный луч лазера – источник потока высокой энергии, точечно нагревающий металл до температуры плавления на стыке двух отдельных деталей. По мере охлаждения полученный расплав кристаллизуется с образованием прочного сварного соединения высокого качества. Точная фокусировка обеспечивает повышенную плотность лазерного излучения, что позволяет мгновенно достигать высоких температур без образования окислов.
Особенность сварки алюминия лазером – пороговый характер проплавления. Металл начинает плавиться при плотности мощности около 106 Вт/см2. Этому способствуют высокие коэффициенты отражения, теплоемкости и теплопроводности алюминия.
Работы выполняются в атмосферный условиях, не требуя вакуума или среды инертных газов. При минимальном зазоре между свариваемыми деталями не нужны и присадочные компоненты. Материал, необходимый для образования шва получают из оплавленных кромок деталей. Но лазерная сварка алюминиевых сплавов и алюминия требует предварительного удаления с поверхности изделий следов масла и другой смазки, лакокрасочных покрытий, окиси. Это обязательное условие получения прочного и долговечного соединения.
Преимущества
Такой вид сварки алюминия и его сплавов получил широкое распространение благодаря множеству весомых преимуществ:
- Высокое качество полученного соединения. Это особенно актуально для алюминия, который считается трудно свариваемым материалом.
- Нет необходимости в проведении длительной подготовки. Требуется только механическая зачистка обрабатываемой зоны.
- Высокая точность выполняемых работ. Луч лазера очень тонкий, а автоматическое компьютерное управление позволяет минимизировать малейшие отклонения от требуемых параметров.
- Возможность создавать сварные швы сложных конфигураций. При этом они получаются очень тонкими и практически незаметными.
- Экологическая чистота технологического процесса. Такой метод соединения алюминиевых деталей не загрязняет окружающую среду, не несет в себе опасности для здоровья человека.
- Высокая производительность. Скорость выполнения работ лазером в разы выше, чем у дуговой сварки. К тому же технологический процесс полностью автоматизирован.
- Эстетичность изделий. Обусловлена минимальным объемом расплавляемого металла и отсутствием человеческого фактора (оборудование управляется компьютером).
- Минимальные деформации изделий. Поперечная усадка шва после лазера в 5-6 раз ниже, чем у дуговой сварки.
К достоинствам технологии также можно отнести минимальные трудозатраты и возможность выполнения работ при любом положении заготовок.
Недостатки
Наряду с весомыми преимуществами, сварка алюминия лазером имеет и свои недостатки:
- достаточно высокая стоимость работ и оборудования;
- сложность в сваривании толстого металла;
- подходит не для всех алюминиевых сплавов;
- невысокий коэффициент полезного действия.
Часть этих недостатков способен устранить профессиональный подход к выполнению работ.
Сфера применения
Наиболее широкое применение лазерная сварка алюминия получила в автомобильной, промышленности, судо-, станко-, приборостроении, при изготовлении металлоконструкций, в микроэлектронике. Используется она и в других отраслях, где требуется получение прочных соединений тонких деталей.
Принцип работы сварки алюминия лазером
Сварка лазером выполняется на специализированном оборудовании, состоящем из генератора оптического излучения и источника питания для него, оптической фокусировочной системы, механизмов подачи заготовки и перемещения сварочной головки, рабочего стола. Все эти элементы закрепляются на несущей раме.
Установки сварки алюминия лазером могут работать в двух режимах:
- Непрерывном. Преимущественно используется для соединения деталей большей толщины. Предусмотрен на стационарных высокомощных установках, оснащенных системой охлаждения.
- Импульсном. Сварка выполняется при помощи серии кратковременных импульсов, способных нагреть кромки металла до температуры плавления.
Также оборудование классифицируется по виду используемого лазера (твердотельный, газовый), может быть стационарным или мобильным. Оптимальный вариант аппарата подбирается исходя из особенностей предстоящих работ. Так, твердотельные лазеры отличаются меньшей мощностью в сравнении с газовыми аналогами и преимущественно работают в импульсном режиме. В них рабочее тело изготовлено из ионизированного хрома и окиси алюминия. В газовых лазерах используется смесь углекислого газа, азота и гелия. Мощность таких установок достигает десятков киловатт, а КПД – до 15%.
Техника безопасности
Работа на лазерных сварочных станках регламентируется требованиями ГОСТ 12.1.040-83 ССБТ. «Лазерная безопасность. Общие положения» и СанПиН 5804-91. «Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров». В частности:
- к работе допускаются исключительно лица, имеющие соответствующее образование и допуски;
- вблизи от рабочего места не должно быть легковоспламеняющихся веществ, а на самом столе сторонних предметов и загрязнений;
- требуется наличие углекислотного огнетушителя и воды в системе охлаждения;
- обязательным является использование защитных очков и работоспособность вентиляционной системы.
При работе с таким оборудованием запрещено смотреть на луч, открывать заднюю крышку станка и боковые панели, самостоятельно выполнять ремонтные работы. Нельзя допускать попадания лазера на руки и другие участки тела. Во время грозы или длительного неиспользования станок рекомендуется отключить от питания. Нельзя пренебрегать данными рекомендациями, ведь речь идет о здоровье работника и его жизни.
Компания АО «ЛЛС» предлагает высокотехнологичное оборудование для лазерного способа сварки деталей и элементов из алюминия и его сплавов. Наши специалисты помогут подобрать подходящие станки под предстоящие работы, организуют доставку по России и за ее пределы. Чтобы связаться с менеджерами воспользуйтесь онлайн-формой обратной связи или позвоните нам.