Лазерная сварка

Лазерной сваркой называется технологический процесс получения неразъемного соединения частей изделия путем местного расплавления материалов по примыкающим поверхностям. Источником нагрева (при расплавлении) служит сконцентрированный поток излучения квантового генератора. В результате плавления и кристаллизации возникает прочное соединение (сварной шов), основанное на межатомном взаимодействии.

Исходя из данного определения лазерную сварку относят к методам сварки плавлением. Лазерная сварка разделяется на:

- непрерывную с глубоким проплавлением;

- импульсно-периодическую с глубоким проплавлением;

- непрерывную лазерную сварку малых толщин;

- импульсную лазерную сварку малых толщин.

Основными преимуществами лазерной сварки по сравнению с традиционными методами являются:

- высокая плотность излучения (> 10⁸Вт/см²), позволяющая обрабатывать тугоплавкие металлы (вольфрам, молибден);

- обработка импульсами длительностью 10^-3- 10^-2с, исключающая нежелательные структурные изменения в материале и обеспечивающая высокую скорость сварки;

- сварка в труднодоступных местах без внесения загрязнений;

- возможность проведения сварки практически в любой атмосфере;

- возможность соединения материалов с различными оптическими, теплофизическими и механическими свойствами;

- минимальные габариты зоны термического влияния;

- возможность проведения сварки в непосредственной близости от термочувствительных элементов;

- возможность управления от ЭВМ и т.д.

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

1. Ограниченная глубина проникновения лазерного излучения. Даже при использовании многокиловаттных СО₂– лазеров максимально достигаемая глубина проплавления не превышает 2,5 см. Это связано с тем, что взаимодействие лазерного излучения с обрабатываемым образцом осуществляется через поглощение плазмой в проплавленном отверстии. Поэтому на большую глубину проникает лишь небольшая доза излучения.

2. Невысокая энергетическая эффективность, так как КПД лазерных установок в редких случаях превышает 10%.

3. Высокая стоимость лазерного оборудования и оснастки.

Процесс лазерной сварки представляет собой сложное явление, определяемое взаимодействием целого ряда факторов динамики массо- и теплообмена между паровой, жидкой и твердой фазами в сварочной ванне, оптическими и плазменными явлениями в паровом канале и в газовой среде над ним. При описании процессов, происходящих при лазерной сварке, точное (аналитическое или численное) решение уравнений (оптики, газодинамики и гидродинамики), описывающих этот сложный процесс, оказывается невозможным. Поэтому строят упрощенные математические модели и результаты расчета сравнивают с экспериментом.

12.2. Электронно-лучевая обработка

Сущность процесса электронно-лучевого воздействия состоит в том, что кинетическая энергия сформированного в вакууме тем или иным способом электронного пучка (импульсного или непрерывного) превращается в тепловую в зоне обработки. Так как диапазоны мощности и концентрации энергии в луче велики, то практически возможно получение всех видов термического воздействия на материалы: нагрев до заданных температур, плавления и испарения с очень высокими скоростями.