Laserkeevitus

Laserkeevitusmeetodil kasutatakse detailide ühendamiseks suure energiatihedusega (kiire läbimõõt 0,1 ... 2 mm) kontsentreeritud valguskiirt. Vastavalt valguskiire tüübile võib laserkeevitus olla impulss- ja pidev. Punktühendused keevitatakse impulssmeetodil, pidevõmbluste jaoks kasutatakse impulss-perioodilist või pidevat kiirgust. Impulsskeevitust kasutatakse ka siis, kui on vaja tagada minimaalsed deformatsioonid temperatuuri kuumutamisel ja kõrge täpsus, pidevalt — kiirkeevituseks seeria- või masstootmises.

Laserkeevitust kasutatakse erinevate materjalide liitmiseks: teras, titaan, alumiinium, tulekindlad metallid, vask, metallisulamid, väärismetallid, bimetallid, paksusega kümneid kuni mitu millimeetrit. Peegeldavate metallide, nagu alumiinium ja vask, laserkeevitamine on aga mõnevõrra keeruline. Metallide laserkeevitus on näidatud joonisel fig. 2.

Aktiivsete metallide keevitamiseks kasutatakse kaitsegaasi joa kujul, mis on suunatud valgusvihuga kokkupuute piirkonda.

Foto 1 – Keevitamine tahkislaseriga: 1 – aktiivne keskkond (rubiin, granaat, neodüüm), 2 – pumplamp, 3 – läbipaistmatu peegel, 4 – poolläbipaistev peegel, 5 – optiline kiud, 6 – optiline süsteem, 7 – detail, 8 — laserkiir fookuspunktis, 9, 10 — laserkiire jaoturid.

Foto 2 — Materjalide keevitatavus

Vastavalt läbitungimissügavusele eristatakse kolme tüüpi laserkeevitust:

1) mikrokeevitus (alla 100 mikroni),

2) minikeevitus (0,1 ... 1 mm),

3) makrokeevitus (üle 1 mm).

Kuna läbitungimissügavus ei ületa tavaliselt 4 mm, kasutatakse laserkeevitust laialdaselt peamiselt täppistööriistade valmistamisel, elektroonikaseadmete, kellade valmistamisel, lennukiehituses, autotööstuses, torukeevitamisel ning laialdaselt ka juveelitööstus.

Enne põkkkeevitamist ja kattumist tagage vahe 0,1 ... 0,2 mm. Suurte lünkade korral võib tekkida läbipõlemine ja sünteesi puudumine.

Laserkeevitusrežiimi peamised parameetrid on:

1) impulsi kestus ja energia,

2) impulsi sagedus,

3) valgusvihu läbimõõt,

4) kaugus fookustatud kiire väikseimast osast pinnani,

5) keevituskiirus. See ulatub 5 mm / s. Kiiruse suurendamiseks suurendatakse impulsi sagedust või kasutatakse pidevat režiimi.

Tööstuses kasutatakse laserkeevitamiseks kahte tüüpi lasereid:

1) tahkis-rubiin-, neodüüm- ja YAG-laserid (ütriumalumiiniumgranaadi baasil);

2) gaas-CO2 laserid.

Viimasel ajal on ilmunud ka laserkeevitusmasinad, mille aktiivseks elemendiks on kvartsist valmistatud optiline kiud.Sellised laserid võimaldavad keevitada "probleemseid" materjale — suure peegeldusvõimega vaske ja messingit, titaani.

Erinevate laserkeevitusmasinate võimalused on toodud tabelites 1 ja 2.

CO2-gaaslaserkeevitusrežiimide näited on toodud tabelis 3.

Tabel 1 – Lehe paksus ja keevituslaseri võimsus

Tabel 2 – Laserite rakendatavus

Tabel 3 — Laser-põkkkeevituse režiimid gaasilaseriga

Laserkiire läbimõõt on tavaliselt 0,3 mm. Põkk-keevisõmblustel, mis on keevitatud talaga, mis on väiksem kui 0,3 mm, võib olla puudulik haardumine ja läbitungimine. Kuni 10 kW laseritega keevitamine toimub tavaliselt ilma täiteaineta.

Tänu väikesele alale, mida laserkeevitusel kuumus mõjutab, jahtub keevisõmblus väga kiiresti. Sellel võivad olla nii negatiivsed kui ka positiivsed tagajärjed keevisliidete kvaliteedile. Paljud metallid annavad parimad füüsikalised ja mehaanilised omadused koos vuukide kiire jahutamisega. Roostevaba terase keevitamisel võib see aga põhjustada keevisõmbluse purunemist. Impulsi laiuse suurendamine 10 ms-ni ja eelsoojendus aitavad seda nähtust kõrvaldada.

Keevitusmaterjalide ja -režiimide õige valiku korral annab laserkeevitus kõrgeima kvaliteediga õmblused.

Lasersüsteemid võib jagada kolme kategooriasse:

1) Korpuse seadmed. Sellistes seadmetes asetatakse toorikud spetsiaalsesse suletud ruumi, mis sisaldab kaitsvat neutraalset atmosfääri ja laserkiirt. Keevitaja saab keevitusprotsessi juhtida ja jälgida spetsiaalse optilise süsteemi abil.

2) Välistingimustes keevitamiseks mõeldud seadmed.Laserkiirel on mitu vabadusastet ja see tekitab programmeeritud liigutusi. Keevitusala on kaitstud gaasivooluga.

3) Käsitsi laserkeevitamiseks mõeldud seadmed. Laserpõletid on väga sarnased TIG-keevituspõletitega. Laserikiir edastatakse põletile optilise kiu abil. Keevitamise ajal hoiab keevitaja ühes käes laserpõleti ja teises täitematerjali.

Tabel 4 — Erinevate laserkeevitusviiside võrdlus

Laserkeevituse eelised hõlmavad järgmist:

1) laserkiire väike termilise mõju ala materjalile ja sellest tulenevalt ebaolulised termilised deformatsioonid;

2) keevitamise võimalus raskesti ligipääsetavates kohtades, laserkiirgusele läbipaistvas keskkonnas (klaas, vedelikud, gaasid);

3) magnetmaterjalide keevitamine;

4) valgusvihu väike läbimõõt, mikrokeevitamise võimalus, kitsas heade esteetiliste omadustega keevisõmblus;

5) protsessi automatiseerimise oskus;

6) valguskiire paindlik manipuleerimine läbi optilise ülekande;

7) laserseadmete mitmekülgsus (kasutusvõimalus laserkeevitamiseks ja -lõikamiseks, märgistamiseks ja puurimiseks);

8) erinevate materjalide keevitamise võimalus.

Laserkeevituse puudused:

1. Laserseadmete kõrge hind ja keerukus.

2. Kõrged nõuded ettevalmistusele, keevitusservade puhastamisele.

3. Paksu seinaga detailide keevitamise võimatus, ebapiisav võimsus.Keevituslaserite võimsuse suurendamist piirab asjaolu, et laserkiire tugevama mõju korral metallile hajub see aktiivselt keevitustsoonis, mis kahjustab seadme optilist süsteemi ja deaktiveerib laseri loetud tundidega. .