Лазерна зварка від А до Я: потужність, точність, ефективність

Лазерні зварювальні апарати використовувати високоенергетичні лазерні імпульси для локального нагрівання матеріалів на невеликих ділянках, розплавляючи їх за допомогою теплопровідності та досягаючи зварювання. Його робочий принцип в основному включає наступні аспекти:

•  Оптичне фокусування: лазерний зварювальний апарат використовує лазерний промінь, що генерується лазером, для фокусування енергії лазера на точці зварювання через оптичні компоненти, такі як лінзи або дзеркала.
•  Теплопровідність: Коли лазерний промінь впливає на поверхню заготівлі, лазерна енергія поглинається та перетворюється на теплову енергію. Теплова енергія поступово передається вздовж металевої струмопровідної частини зварного з'єднання через теплопровідність, викликаючи підвищення його температури.
•  Плавлення та змішування: Коли поверхня металу піддається впливу досить високих температур, метал починає плавитися та утворювати розплавлену ванну. Під дією лазерного променя розплавлена ​​ванна швидко дифундує та змішується, досягаючи з'єднання металевого стику.
•  Охолодження та затвердіння: Після припинення опромінення лазерним променем розплавлена ​​ванна поступово охолоджується та утворює зварне з'єднання в процесі затвердіння. У процесі затвердіння молекули металу перебудовуються та кристалізуються, утворюючи міцну зварну сполуку.

Переваги лазерних зварювальних апаратів

•  Висока точність: дозволяє досягти точності зварювання на рівні мікронів, що особливо підходить для зварювання мікро- та складних конструкцій.
•  Висока швидкість: особливо в режимі зварювання з глибоким проплавленням, завдяки концентрації енергії лазера, розплавлена ​​ванна виходить невеликою та глибокою, що забезпечує високу швидкість зварювання та високу ефективність виробництва.
•  Низька деформація: у порівнянні з традиційними методами зварювання лазерне зварювання забезпечує меншу тепловіддачу та менший вплив на навколишні матеріали, що дозволяє знизити деформацію після зварювання.
• Невелика зона термічного впливу: дозволяє знизити термічне пошкодження навколишніх матеріалів та покращити якість зварних з'єднань.

Потужність лазерного зварювання, швидкість та товщина матеріалу

1. Потужність лазерного зварювання

Потужність лазера є критичним фактором у визначенні глибини проникнення та загального енерговкладення у матеріал під час процесу зварювання. Потужність лазера визначає кількість тепла, доступного для розплавлення основного металу та створення зварювальної ванни. Для більш товстих пластин зазвичай потрібна більш висока потужність лазера для досягнення достатнього проникнення, у той час як для більш тонких матеріалів нижча потужність може запобігти надмірному плавленню або пропалюванню.

• Вища сила: Забезпечує глибше проникнення, що робить його придатним для зварювання більш товстих матеріалів. Однак занадто велика потужність на більш тонких пластинах може спричинити дефекти, такі як нестійкість замкової свердловини, розбризкування або навіть пропалювання.
• Низька потужність: краще працює з більш тонкими пластинами, забезпечуючи кращий контроль та запобігаючи деформації або плавленню матеріалу через надмірне нагрівання.

Потужність лазера необхідно ретельно вибирати в залежності від товщини матеріалу, щоб забезпечити якісне сплавлення без дефектів.

2. Швидкість зварювання

Швидкість зварювання визначає, наскільки швидко лазер переміщається вздовж зварюваного з'єднання. Вона впливає підведення тепла на одиницю довжини і має вирішальне значення визначення якості зварювання. Існує прямий зв'язок між швидкістю зварювання та потужністю лазера, оскільки збільшення однієї часто потребує коригування іншої для підтримки бажаних властивостей зварювання.

• Висока швидкість зварювання: Знижує подачу тепла на одиницю довжини зварного шва, що може бути корисним для тонких матеріалів, щоб уникнути перегріву та деформації. Однак, якщо швидкість надто висока для даної потужності, зварний шов може не мати проплавлення, що призведе до слабких з'єднань або неповного сплавлення.
• Нижча швидкість зварювання: Збільшує подачу тепла, що призводить до більшого плавлення основного матеріалу та більш глибокого проникнення. Це вигідно для більш товстих пластин, але може призвести до перегріву або надмірного перебігу розплавленого металу в тонких матеріалах.

Використання оптимальної швидкості зварювання має важливе значення для збалансованого підведення тепла та запобігання поширеним дефектам зварювання, таким як пористість, тріщини або деформація.

3. Товщина матеріалу

Товщина матеріалу, що зварюється, відіграє важливу роль у визначенні як необхідної потужності, так і допустимої швидкості зварювання. Більш товсті пластини вимагають більше тепла для досягнення повного проникнення, що означає, що лазер повинен працювати на більш високих рівнях потужності, а швидкість зварювання може знадобитися знизити, щоб забезпечити достатній час для поглинання тепла. І навпаки, більш тонкі пластини вимагають меншої потужності та більш високих швидкостей, щоб уникнути надлишкового підведення тепла, що може призвести до плавлення чи пропалу.

• Товстіші пластини: Вимагає більше енергії для досягнення повного проникнення. Лазер повинен забезпечувати більшу потужність, а швидкість зварювання має бути нижчою, щоб забезпечити достатню передачу енергії матеріалу.
• Тонкіші пластини: Вимагають менше енергії, тому потужність лазера може бути знижена, а швидкість зварювання збільшена. Тонкі матеріали більш схильні до спотворень, пов'язаних з нагріванням, що робить точний контроль над цими змінними необхідним.

Взаємодія між потужністю, швидкістю та товщиною

Співвідношення між швидкістю зварювання лазером, потужністю та товщиною пластини є балансуючим актом. Для кожної товщини матеріалу існує оптимальне поєднання потужності лазера та швидкості зварювання, яке забезпечує високоякісний зварний шов із правильною глибиною проплавлення та мінімальними дефектами.

Наприклад, при зварюванні товстої сталевої пластини збільшення потужності лазера без регулювання швидкості зварювання може призвести до надмірного підведення тепла, що призведе до дефектів, таких як короблення або занадто широкий зварний шов. З іншого боку, зменшення швидкості зварювання без збільшення потужності може призвести до надмірно глибокого зварного шва, що може призвести до перегріву матеріалу. Для тонких матеріалів занадто велика потужність у поєднанні з низькою швидкістю зварювання може призвести до надмірного розплавлення матеріалу або його спалювання.

Залежність між швидкістю лазерного зварювання та товщиною пластини

Товсті пластини вимагають повільнішої швидкості зварювання

При лазерному зварюванні більш товстих пластин матеріалу потрібно більше тепла для досягнення повного проникнення та гарної міцності з'єднання. Тому швидкість зварювання має бути знижена, щоб дати лазерному променю достатньо часу для передачі тепла на всю товщину матеріалу. Якщо швидкість зварювання занадто висока, енергія лазера не може повністю проникнути, що може призвести до недостатньої глибини проникнення, переривчастих зварних швів або недостатньої міцності з'єднання.

• Товста пластина (>6 мм): Швидкість зварювання має бути низькою, щоб гарантувати повне проникнення енергії лазера по всій товщині пластини, утворюючи стабільний та високоміцний зварний шов.

Тонкі листи можна зварювати з більшою швидкістю

У порівнянні з товстими пластинами, тонкі пластинчасті матеріали (2 мм) вимагають менше тепла, що полегшує проникнення лазерів по всій товщині. На цьому етапі більш висока швидкість зварювання може ефективно запобігти перегріву або надто сильному плавленню матеріалу, уникаючи зварювальної деформації або пропалювання. Крім того, вищі швидкості зварювання також можуть підвищити ефективність зварювання.

• Тонкий листовий метал (<2 мм): Швидкість зварювання має бути високою, щоб зменшити дефекти зварювання, такі як деформація та пропали, спричинені перегріванням матеріалу.

Вплив потужності лазера на швидкість зварювання та товщину пластини

Потужність лазера визначає подачу енергії під час процесу зварювання, а потужні лазери можуть забезпечити сильніше нагрівання, що робить їх придатними для зварювання товстіших матеріалів; Лазери малої потужності більше підходять для зварювання тонших матеріалів. При виборі швидкості зварювання потужність лазера та товщина пластини мають бути узгоджені, щоб забезпечити достатнє проникнення без перегріву матеріалу.

Високоміцне лазерне зварювання товстих пластин

Під час зварювання товстіших пластин потрібна більш висока потужність лазера для забезпечення достатньої теплопередачі всередину матеріалу, утворюючи стабільну розплавлену ванну. У поєднанні з нижчою швидкістю зварювання лазерна енергія може рівномірно нагрівати матеріал протягом більш тривалого періоду часу, забезпечуючи проникнення.

• Потужність зварювання 6 кВт для товстолистової сталі (10 мм): Швидкість зварювання зазвичай становить 0,5–1,2 м/хв.

Зварювання тонких пластин лазером малої потужності

При зварюванні тонких пластин нижча потужність і вища швидкість допомагають запобігти перегріву та деформації зварного шва. Зазвичай, коли потужність лазера знаходиться в діапазоні 2-3 кВт, він може обробляти пластини завтовшки менше 2 мм.

• Потужність зварювання 2 кВт, тонка пластина (1 мм): Швидкість зварювання зазвичай становить 5-10 м/хв.

Порівняльна таблиця потужності та швидкості лазерного зварювального апарата

Нижче наведено приклад порівняння потужності та швидкості зварювання лазерних зварювальних апаратів за різної товщини листа:

Товщина матеріалу(мм)	Потужність лазера(кВт)	Швидкість зварювання(м/хв)
1.0	2.0	7.0
2.0	3.0	4.5
4.0	4.0	2.5
6.0	6.0	1.2
8.0	8.0	0.8
10.0	10.0	0.6

• Тонка пластина (1–2 мм): Поєднання малої потужності (2–3 кВт) та високої швидкості зварювання (5–10 м/хв) підходить для зварювання в цій ситуації, забезпечуючи швидку роботу без виділення надмірного тепла.
• Аркуш середньої товщини (4–6 мм): середня потужність (4–6 кВт) у поєднанні із середньою швидкістю зварювання (1–3 м/хв) може забезпечити проплавлення, уникаючи при цьому надмірного термічного впливу на зону зварювання.
• Товсті листи (6 мм): Для товстих листів використовується висока потужність (8–10 кВт) у поєднанні з повільним зварюванням (0,5–1 м/хв), щоб забезпечити достатнє проникнення тепла в матеріал і сформувати високоміцні з'єднання.

Таблиця потужності, товщини та швидкості лазерного зварювання

Лазерне зварювання — це технологія точного з'єднання, яка може забезпечити високошвидкісне та якісне зварювання для металів різної товщини. Співвідношення між потужністю лазера, товщиною матеріалу та швидкістю зварювання має вирішальне значення для досягнення оптимальних результатів. Це комплексна таблиця, де докладно описані ці параметри поширених матеріалів.

М'яка сталь

Нержавіюча сталь

Алюміній

Мідь

Латунь

Оцинкований лист

Висновок

Підводячи підсумок, можна сказати, що товстіші пластини зазвичай вимагають вищої потужності і повільніших швидкостей, тоді як більш тонкі матеріали вимагають нижчої потужності і вищих швидкостей зварювання. Цей тонкий баланс забезпечує ефективне використання енергії та високу якість зварювання. Розуміння взаємодії між цими змінними дозволяє виробникам оптимізувати свої процеси для конкретних застосувань, матеріалів та товщин, що призводить до міцніших, надійніших зварних швів з мінімальними дефектами.

Замовляйте лазерний зварювальний апарат вже зараз!

Компанія LaserSvit пропонує широкий вибір обладнання для лазерного зварювання. Залиште замовлення на сайті або зателефонуйте нам для отримання консультації!