8 159
Лазерне зварювання серед багатьох інших видів зварювання відрізняється тим, що дозволяє досягти найменших зварних швів. Крім того, його застосовують при виробництві мікроелектроніки, так як верстати лазерного зварювання здатні різати деталі з мінімальною похибкою, а також виконувати ідеальної, круглої форми отвори, діаметром 0,5 мм. Тому, лазерне зварювання та різання вважається «ювелірним», тобто ідеально точним та до того ж і швидким.
Джерелом світла лазерного зварювання є сфокусований лазерний (або твердотільний газовий) промінь. Промінь формується у лазер – генераторі, потім фокусується за допомогою системи фокусування, і потрапляє на зварний виріб, проникаючи в нього, нагріває і розплавляє матеріал виробу (промені бувають імпульсної і постійної дії). Існує 3 види лазерного зварювання:
- мікрозварювання (з’єднання елементів товщиною, глибиною проплавлення до 100 мкм);
- міні-зварювання (глибина проплавлення 0,1 -1 мм);
- макро зварювання (глибина проплавлення більше 1 мм).
Мікрозварювання лазером і міні-зварювання лазером отримало поширення у виробництві мікроелектроніки. Таким чином, застосування лазерного зварювання даних видів проявляється у виробництві елементів друкованих плат. Різання пластмасових виробів, при необхідності, також здійснюється даними видами зварювання.
Макро зварювання лазером знаходить своє застосування практично в будь-якій галузі промисловості, так як існують верстати для макро зварювання, які здатні працювати на величезних потужностях і плавити самі термостійкі марки металів на глибини в кілька сантиметрів, а може і десятки сантиметрів.
Улаштування твердотільного лазера
Конструкція приладу твердотільного лазера така, що є досить примітивною (див. мал.). В якості активного тіла використовується рубінова трубка або скляна трубка зі спеціальними домішками: Nd-Glass (неодіма), Nd-YAG (алюмоіттриєвого граната, легованого неодимом), Yb-YAG (ітербій).
Від високопотужної лампи накачування, активне тіло формує промінь, що відбивається від дзеркал, встановлених по торцях його, причому одне з дзеркал є умовно-віддзеркалюючим. Це означає, що коли промінь набирає достатню потужність (концентрацію) під час того, як відбивається від дзеркал, умовно-віддзеркалююче дзеркало перестає відбивати його, пропускаючи промінь через себе, далі, до деталі, що зварюється.
Прилади твердотільного лазерного зварювання можуть бути для виробництва мікрозварювання і міні-зварювання. Вони не здатні виробляти промені великих потужностей; сучасні показники потужності для таких установок коливаються в межах від 1 кВт до 6 кВт включно.
Улаштування газового лазера
Принцип роботи газового лазера відрізняється від твердотільного тим, що він використовує суміш газів (СО2+N2+), закачаних у газорозрядну трубку.
Як видно на малюнку, активне тіло (суміш газів) закачується в трубку, в якій знаходяться електроди. Дані електроди призначені для створення електричного розряду між ними, що призводить до порушення енергетичного газу.
Власне, таким чином і формується лазерний газовий промінь, а в іншому, він також відбивається від дзеркал, набирає концентрацію, як і твердотільний, після чого перестає спрацьовувати друге умовно віддзеркалююче дзеркало, і відбувається викид променя до деталі, що зварюється.
Проте, на другому малюнку була показана схема дії лазера, який має поздовжню систему прокачування газу, він має недолік, який проявляється у великих габаритах зварної установки.
На наступному ж малюнку зображена схема все тієї ж газової лазерної системи, але вже з поперечною системою прокачування газу.
В обох конструкціях установок газових лазерів, вони мають солідну потужність близько 20 кВт і більше, завдяки чому може проводиться зварювання металів з товщиною виробу до 2 см; при цьому швидкість зварювання розвивається до 60 метрів на годину, що є досить таки солідним показником для багатьох інших видів зварювання.
Улаштування газодинамічного лазера
Мається і третій варіант лазерних установок, які значно відрізняються від попередніх, вони мають найбільш високі потужності (100 кВт), здатні виробляти зварку різної тугоплавкости металів, товщиною до 35 мм, іноді навіть більше. При цьому швидкість зварювання шва доходить до 200 метрів на годину.
Отже, суть резонатора даної зварювальної установки полягає в тому, що розігрітий до температури 1000 – 3000 градусів газ, подається в зону з надзвуковою швидкістю через сопло; розширюючись і охолоджуючись, молекули CO2 сприяють переходу на новий, більш низький енергетичний рівень, з утворенням когерентного випромінювання.
Наостанок статті варто сказати, що даний вид зварювання є досить економічним відносно витрати електроенергії і дозволяє проводити роботу на різних напругах.