8.1.2. Газовые лазеры (рис. 64с)

Сварка газовым лазером- лазерная сварка, при которой в качестве активной среды используют газ.

Рис. 64С Схема газового лазера с электрической накачкой.

В качестве рабочего вещества применяются азот, аргон, углекислый газ. В газоразрядной водоохлаждаемой трубке от высоковольтного блока питания между электродами создается электрический разряд, который возбуждает атомы находящегося в трубке рабочего вещества. Излучение выходит через полупрозрачное зеркало, фокусируется и направляется на обрабатываемое изделие. К. п. д. такого лазера составляет 4 — 5%.

ОСНОВНЫЕ РЕЖИМЫ СВАРКИ

Основными режимами лазерной сварки являются: мощность лазерного излучения, частота лазерных импульсов для импульсной или импульсно-периодической сварки

Преимущества.

Недостатки.

1.Высокая плотность энергии лазерного излучения и высокие скорости нагрева в процессе сварки обуславливает небольшие объемы расплавленного металла в зоне сварного шва. Благодаря этому процесс лазерной сварки характеризуется небольшой зоной термического влияния и, как следствие, минимальными деформациями.

2.Возможность сварки различных композиций материалов.

3. Возможность сварки металлов и неметаллов.

4. Возможность сварки очень тонких материалов (например тонкие проволоки диаметром в несколько десятков микрон).

5. Высокая производительность процесса, т.к. возможно вести сварку на очень больших скоростях – до 500 м/ч (для сравнения: средняя скорость ручной дуговой сварки составляет 5 м/ч).

6. Лазерная сварка может вестись не только автоматически, но и вручную, что позволяет расширить номенклатуру типоразмеров получаемых изделий и осуществлять процесс в любой требуемой атмосфере.

1.Дорогостоящее оборудование

2. Низкий КПД процесса

3. Необходимость в мощном охлаждении установки. По этой причине лазер может работать только с длительными перерывами между импульсами (от 1 до 100 в минуту) для охлаждения в паузах.

Область применения.

Лазерную сварку материалов малой толщины широко применяют в электронной и радиотехнической промышленности для сварки проводов, пружин, элементов микросхем, герметизации корпусов различных приборов. В других отраслях промышленности лазерную сварку применяют для заваривания аэрозольных баллонов и консервных банок, герметизации лекарственных ампул, сварки сотовых конструкций и деталей турбин. Лазерную сварку с глубоким проплавлением широко используют в производстве крупногабаритных корпусных деталей типа двигателей и обшивки самолётов, автомобилей и судов.

Электронно-лучевая сварка - сварка плавлением, при которой используют сфокусированный электронный луч.

3

4

5

6

1

9

б

2

h

а

Рис. 65С. Схема электронно-лучевой сварки (ЭЛС).

а– схема установки;

б– сопоставление размеров и формы швов, получаемых в результате дуговой и электронно-лучевой сварки;

1 – вакуумная камера; 2 – заготовка; 3 – вольфрамовый катод; 4 – формирующий электрод; 5 – анод;

6 – фокусирующая магнитная линза;

7 – отклоняющая магнитная система; 8 – обычный шов после дуговой сварки;

9 – кинжальный шов после электронно-лучевой сварки;

h – высота шва; b – ширина шва

Электронный луч представляет собой плотный поток электронов, перемещающийся с большой скоростью (до 165000 км/сек)от катода к аноду в мощном электрическом поле. В месте соударения электронов со свариваемыми заготовками почти 99% кинетической энергии переходит в тепловую, что сопровождается повышением температуры до 5000…6000С. Кромки заготовок расплавляются и после кристаллизации образуется сварной шов.

Для уменьшения потери кинетической энергии электронов в результате соударения с молекулами газов воздуха, а также для химической и тепловой защиты катода в электронной пушке создается вакуум порядка 10^-4—10^-5мм рт. ст.

Процесс сварки выполняется в вакуумной камере 1(рис. 65С,а). Свариваемая заготовка2устанавливается на опору, способную перемещать её как в продольном, так и в поперечном направлениях. Процесс сварки автоматизирован, а наблюдение за ним ведётся с помощью телевизионных систем или через специальные иллюминаторы. В случае необходимости корректировки используется дистанционное управление. Над заготовкой располагается электронная пушка, состоящая из питаемого постоянным током источника электронов (катода) и устройств, служащих для изменения интенсивности и фокусировки электронного луча. В верхней части электронной пушки расположен вольфрамовый катод3, который при нагреве до 2000С испускает электроны, формируемые в пучок расположенным на выходе катода электродом4. Под действием высокой разности потенциалов между катодом3и анодом5, составляющей порядка 100 кВ, происходит резкое увеличение скорости перемещения электронов. Разогнанные электроны фокусируются в электронный луч магнитной линзой6.Фокусировкой достигается высокая удельная мощность луча порядка 0,510⁵кВт/м².

Электронный луч направляется на заготовку 2с помощью специальной отклоняющей магнитной системы7. При перемещении заготовки под неподвижным лучом образуется сварной шов. Иногда с помощью отклоняющей магнитной системы перемещают сам луч вдоль неподвижных свариваемых кромок. Отклоняющую систему используют также для колебаний электронного луча поперёк и вдоль шва, что позволяет вести сварку с присадочным материалом и регулировать тепловое воздействие на металл.

Одной из отличительных особенностей электроннолучевой сварки является форма проплавления свариваемого металла. При дуговой сварке, создающей менее концентрированный источник нагрева, расплавление металла происходит за счёт распространения теплоты от поверхности в глубину, и в результате получается широкий шов трапецеидальной формы (рис. 62С, б) с обычным отношениемh/b=0,5…1. В современных установках для электронно-лучевой сварки, сверления, резки или фрезерования электронный луч можно сфокусировать в диаметр 0,0002…1,2 мм. Кроме того, теплота при электроннолучевой сварке выделяется не только на поверхности, но и на некоторой глубине в свариваемом металле. В результате этого получается так называемое кинжальное проплавление, образующее шов, у которого отношениеh/bможет достигать 20.

При необходимости, высокая концентрация теплоты в пятне нагрева позволяет испарять такие материалы, как алмаз, рубин, сапфир, стекло, образуя в них отверстия.

ОСНОВНЫЕ РЕЖИМЫ СВАРКИ

Основными режимами электронно-лучевой сварки являются: сила тока в электронном луче, ускоряющее напряжение, скорость перемещения луча по поверхности изделия, размер фокусировки луча, глубина вакуума.