Лазерная сварка

3. Острая  фокусировка луча и возможность  передачи его на значительные  расстояния позволяют осуществлять  сварку в труднодоступных местах, например в углублениях гофрированных  конструкций, внутренних полостей  и др.

4. Жесткий  термический цикл с высокими  скоростями нагрева и охлаждения  дает возможность при лазерной  сварке, в сравнении с дуговой,  существенно сократить зону термического  влияния. 

Это позволяет  снизить эффект фазовых и структурных  превращений в околошовной зоне, приводящих к разупрочнению, трещине-образованию, снижению коррозионной стойкости и  др.

Сравнение лазерной сварки с электронно-лучевой показывает, что во многих случаях эти два метода взаимозаменяемы, однако существует несколько особенностей, которые выгодно отличают лазерную сварку и дают ей определенные преимущества.

1. Для  осуществления процесса лазерной  сварки не требуется обязательного  наличия вакуумных камер или  камер с контролируемой атмосферой. Это существенно расширяет технологические  возможности лазерного луча, так  как снимаются ограничения на  размеры свариваемых деталей.  Кроме этого, увеличивается производительность  процесса за счет сокращения  времени на откачку воздуха  из камеры, упрощения установки  стыка под луч, переналадки  и пр. Отсутствие вакуумных камер  при производстве крупногабаритных  изделий снижает также стоимость  технологического оборудования.

2. Существенные  трудности встречаются при сварке  электронным лучом широко распространенных  сталей перлитного и мартенситного  класса толщиной более 30 мм  из-за отклонения электронного  луча от стыка соединяемых  деталей. Основной причиной этого  дефекта является остаточная  намагниченность ферромагнитных  сталей, которую они приобретают  в процессе обработки, изготовления  детали, хранения или транспортировки.  Сварка электронным лучом в  магнитном поле приводит к  отклонению его от стыка. Использование  для подобных целей лазерного  луча полностью исключает появление  указанных дефектов, так как поток  фотонов не взаимодействует с  магнитным полем.

Необходимо  отметить некоторые преимущества лазерной точечной сварки перед электроконтактной и конденсаторной сваркой.

1. Размер  сварной точки при лазерной  сварке существенно меньше, чем  при контактной, что дает возможность  соединять миниатюрные детали.

2. Отсутствует  механическое давление при получении  сварной точки, что позволяет  соединять хрупкие и легкодеформируемые  детали, а также осуществлять  процесс сварки навесу, значительно  упрощая оснастку и технологию  проведения сварки.

3. Время  получения одной точки при  лазерной сварке составляет 10^-2...10^-3 с, тогда как при контактной оно равно 0,5...1 с, т. е. производительность лазерного луча в сотни раз выше.

4. Возможность  сварки в труднодоступных местах  и через прозрачные среды в  замкнутых объемах, что сделать  контактной сваркой принципиально  невозможно.

5. Возможность  сварки материалов с резко  отличающимися физическими свойствами  и в первую очередь электрическим  сопротивлением.

 

Помимо  этого следует отметить ряд преимуществ, принципиально отличающих лазерную сварку от других методов  сварки плавлением.

Среди этих преимуществ основным является возможность  использования лазерного луча, генерируемого  из одного источника, на нескольких рабочих  местах за счет его отклонения и  расщепления. На рис. 3.1 показан пример использования непрерывно генерируемого луча на двух рабочих местах. В то время как на одном рабочем месте осуществляется сборка, на другом — сварка. Когда сварка закончена, отклоняющее зеркало переводит луч на второе рабочее место, где производится сварка, а на первом снимается готовая деталь и устанавливается новая.

Рис. 3.1. Схема использования одного лазера для сварки на двух рабочих местах:

1- лазер; 2- рабочие места; 3- фокусирующая  оптика; 4- поворотное отклоняющее  зеркало

 

Таким образом, повышается коэффициент использования  оборудования и производительность труда

Кроме этого, эффективно использование лазерной сварки для соединения разнородных  материалов, склонных к образованию  интерметаллидных соединений, и композиционных материалов на металлической основе. Тонкое регулирование режимов сварки в широком диапазоне позволяет  контролировать время контакта жидких фаз в процессе их взаимодействия.

Следует учитывать также и социальные преимущества, связанные с лазерной технологией вообще: повышение эффективности  и. культуры производства; уменьшение трудовых затрат, особенно ручного  труда; престижность новой профессии; то обстоятельство, что экологические  последствия внедрения лазерной технологии не нарушают условий охраны окружающей среды. Применение лазерной технологии не приводит к увеличению производственного травматизма  и профзаболеваний.

Наряду  с рассмотренными преимуществами лазерная сварка имеет некоторые особенности, затрудняющие ее универсальное применение наряду с существующими традиционными  методами.

1. Прежде  всего это высокая стоимость  лазерного оборудования и оснастки. Лазер — это сложный физический  прибор и независимо от уровня  развития технологии изготовления  цена его будет значительно  превышать стоимость, например, дуговых  источников нагрева. Помимо лазера  обязательными элементами установки  является оптическая система  отклонения и фокусировки, приборы  контроля параметров режима и  различные манипуляторы.

Оптические  системы отклонения и фокусировки  представляют собой набор металлических  зеркал и специальных линз, часто  изготовленных из дефицитных дорогостоящих  материалов. Стоимость подобных систем достаточно высока. Важной проблемой  является обеспечение надежности оптических систем, их стойкости и работоспособности. В частности, предъявляются особые требования к помещениям, где осуществляется лазерная сварка, по запыленности, влажности, вибрации и пр.

Средства  контроля лазерного излучения также  отличаются целым рядом особенностей, оказывающих влияние на относительно высокую стоимость этих приборов и на специфические условия их эксплуатации.

Оснастку  для лазерной сварки отличает высокая  точность, возможность перемещения  в широком диапазоне скоростей  от 1,0 до 50 мм/с и перекантовки деталей  в различные положения. Стоимость  рассмотренного комплекса оборудования по сравнению с оборудованием  для традиционных методов сварки значительно выше.

2. Лазерную  сварку отличает невысокая энергетическая  эффективность, так как КПД  лазерных установок в редких  случаях превышает 10%.

3. К особенностям  лазерной сварки, затрудняющим ее  внедрение, относится сложность  устройств лазерной техники, требующая  высокой технической культуры  обслуживающего персонала.

4. Наконец,  необходимо отметить, что существует  целый ряд альтернативных традиционных  методов сварки, способных в значительной  степени удовлетворить техническим  требованиям, которые предъявляются  к процессу лазерной сварки. Эти  альтернативные технологии в  настоящее время часто экономически  эффективней лазерной, но главная  их конкурентноспособность —  это отработанность и внедренность.

Эти особенности  ограничивают применение лазерной сварки такими специальными случаями, когда  использование традиционных методов  сопряжено с определенными трудностями. Вопрос о применении лазерной сварки должен решаться в результате всестороннего  технико-экономического анализа, рассматривающего альтернативные технологии в динамике их развития наряду с развитием лазерной технологии, а также долгосрочные прогнозы и тенденции развития отраслей машиностроения и народного хозяйства  в целом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Современное состояние проблемы показывает, что  в настоящее время отработана технология лазерной сварки металлов малых и средних толщин до 5...10 мм. Однако широкое применение лазерной сварки в ряде случаев сдерживается соображениями экономического характера. Стоимость лазеров пока еще достаточно высока, что требует тщательного  выбора области их применения. Экономически эффективное применение лазерного  излучения определяется разумным выбором  объекта сварки, где использование  традиционных методов нецелесообразно.

Лазерную  сварку следует рекомендовать к  применению, когда ставится задача получения прецизионной конструкции, форма и размеры которой практически  не должны изменяться в результате сварки. При этом достигается значительное упрощение технологии изготовления сварных конструкций за счет выполнения лазерной сварки в качестве заключительной операции без последующей правки или механической обработки для  достижения требуемой точности.

Лазерная  сварка обеспечивает существенное увеличение производительности, так как процесс  осуществляется на скоростях 100...200 м/ч  и более, что в несколько раз  превышает скорости наиболее распространенного  традиционного способа дуговой  сварки.

Лазерная  сварка не требует вакуумных камер  в отличие от электронно-лучевой  сварки. Это является основанием рекомендовать  лазерную сварку для соединения элементов  конструкций любых габаритов. Учитывая также, что при лазерной сварке возникают  минимальные деформации, — этот процесс можно рекомендовать  для сварки крупногабаритных конструкций  малой жесткости с труднодоступными швами.

Отличительной особенностью лазерной сварки является возможность соединения трудносвариваемых  материалов, в том числе разнородных. Перспективным представляется развитие комбинированных методов сварки, сочетающих энергию лазерного излучения  с дугой, с плазмой и другими  традиционными источниками энергии.

          Тенденция развития лазерной техники и технологии, постоянное их совершенствование приводят к тому, что лазерная сварка становится конкурентноспособной в различных отраслях промышленности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Веденов А.А., Физические процессы при лазерной обработке материалов. М.: Энергия, 1985.
2. Дьюри У.  Лазерная технология и  анализ материалов. М.: Мир, 1986.
3. Кокора А.Н. Сварка в машиностроении, Справочник. Т. 2.  М.: Машиностроение, 1978.
4. Крылов К.И. Применение лазеров в машиностроении и приборостроении. М.: Машиностроение, 1978.
5. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов. /Рыкалин Н.Н., Углов А.А., Зуев И.В. и др. М.: Машиностроение, 1985.
6. Основы электронно-лучевой обработки материалов. /Рыкалин Н.Н., Углов А.А., Зуев И.В. и др. М.: Машиностроение, 1978.
7. Реди Дж.  Промышленные применения лазеров. М.: Мир, 1981.
8. Рыкалин Н.Н., Углов А.А.  Лазерная обработка материалов. М.: Машиностроение, 1975.