5.1.6. Лазерне зварювання

(наприклад, метал-кераміка) завтовшки від часток мілімет­ра до 250 мм [17]. Спосіб широко застосовують для зварюван­ня малогабаритних виробів у радіоелектроніці й приладобу­дуванні, а також великогабаритних виробів у машино­будуванні. Переваги:

• надійний захист від зовнішнього середовища у вакуумній камері;

• мінімальна деформація виробу, зумовлена вузьким звар­ним швом.

Недоліки:

• складність й висока вартість установки;

• невисока продуктивність;

• обмежені габарити виробу, пов'язані з розмірами вакуум­ної камери.

У лазерному зварюванні використовують світловий (лазер­ний промінь) як один з найконцентрованіших носіїв енергії. Лазерний промінь, скерований на стик з'єднуваних заготовок, миттєво розплавляє в зоні з'єднання обмежений об'єм металу, після кристалізації якого утворюється вузький і глибокий шов високої якості. Джерелом випромінювання лазерних променів є оптичний квантовий генератор, що називається лазером. Ла­зер складається з робочої речовини (або з робочої суміші), сис­теми збудження, фокусування й охолодження. Цим способом зварюють багато металевих й неметалевих матеріалів завтов­шки від декількох мікрометрів до 10 мм і більше. На відміну від електронно-променевого способу лазерне зварювання не ви­магає вакууму.

Зварюють переважно газовими й твердотілими лазерами. Найпоширенішими серед них є газові С0₂-лазери, в яких робо­ча суміш складається з вуглекислого газу, азоту й гелію. Активним середовищем суміші є вуглекислий газ. Незбуджені молекули С0₂ перебувають на стабільному, або нормально­му, енергетичному рівні і мають мінімальну енергію. їхні більш високі, але стабільні енергетичні рівні називають збу­дженими. Для збудження молекул С0₂ потрібна зовнішня енергія. Зі збуджених рівнів молекули активного середови­ща переходять на нормальний рівень самовільно (спонтанно) у непередбачуваний момент часу або вимушено в прогнозова­ний момент часу під дією спеціального чинника, наприклад, світлового променя. Вимушений перехід молекули С0₂ на нормальний рівень супроводжується випромінюванням коге­рентного світла.

Для лавиноподібного генерування когерентного світла з дов­жиною хвилі А. = 10,6 мкм необхідно, щоб кількість збуджених молекул перевищувала їх кількість на нормальному рівні і час­тина генерованого світла залишалась всередині робочої суміші газів й стимулювала подальше вимушене випромінювання реш­тою оптично активних молекул С0₂ . Цього досягають за допомо­гою двох паралельних дзеркал, одне з яких непрозоре й відбиває усі світлові промені, а друге, напівпрозоре, теж їх відбиває, але

Рис. 5.1.19. Схема установки для лазерного зварювання:

1 — непрозоре, 6 — напівпрозоре дзеркала; 2 — місткість для робочої суміші;

З, 11 — електрод; 4 — вода; 5 — робоча газова суміш; 7 — дзеркало; 8 — лінза;

9, 10 — зварювана заготовка

частково пропускає назовні. Таке багаторазове проходження світлових променів крізь робочу суміш зумовлює переважно ви­мушене потужне випромінювання, що йде від оптично актив­них молекул С0₂.

Для збудження молекул С0₂ в газовому лазері використову­ють електричний тліючий розряд або струм високої частоти.

На рис. 5.1.19 зображена схема С0₂-лазера неперервної дії з дифузійним охолодженням робочої газової суміші. Лазер скла­дається з герметичної місткості 2 для робочої суміші, непрозо­рого 1 і напівпрозорого 6 паралельних дзеркал, вмонтованих у місткість 2, водоохолоджуваних електродів 3, 11, до яких під­ведений струм високої частоти, дзеркала 7 та лінзи 8. Від­стань між електродами невелика. Вони виконують водночас роль збуджувачів молекул С0₂ і охолодників робочої суміші безпосередньо в місткості. Лазерний промінь після виходу з напівпрозорого дзеркала потрапляє на дзеркало 7, а далі — в лінзу і на стик зварюваних заготовок 9, 10. Переміщення за­готовок в напрямку майбутнього шва відбувається за допомо­гою окремого механізму, який на рисунку не зображений.

ККД газових лазерів становить близько 10 %.