Ласерско заваривање
У методи ласерског заваривања, за повезивање делова користи се концентрисан светлосни сноп са високом густином енергије (пречник снопа 0,1 ... 2 мм). Према врсти светлосног снопа, ласерско заваривање може бити импулсно и континуирано. Тачкасти спојеви се заварују на импулсни начин, за континуиране шавове користи се пулсно-периодично или континуирано зрачење. Импулсно заваривање се такође користи када је потребно обезбедити минималне деформације од температурног загревања и високу тачност, континуирано — за заваривање великом брзином у серијској или масовној производњи.
Ласерско заваривање се користи за спајање различитих материјала: челика, титанијума, алуминијума, ватросталних метала, бакра, легура метала, племенитих метала, биметала, дебљине од десетине до неколико милиметара. Међутим, ласерско заваривање рефлектујућих метала као што су алуминијум и бакар је донекле тешко. Ласерско заваривање метала је приказано на сл. 2.
Заваривање активних метала врши се коришћењем заштитног гаса у облику млаза усмереног у подручје излагања светлосном снопу.
Слика 1 — Заваривање у чврстом ласеру: 1 — активни медијум (рубин, гранат, неодим), 2 — лампа за пумпу, 3 — непрозирно огледало, 4 — прозирно огледало, 5 — оптичко влакно, 6 — оптички систем, 7 — детаљ, 8 — ласерски зрак у тачки фокуса, 9, 10 — разделници ласерског зрака.
Слика 2 — Заварљивост материјала
Према дубини продирања, разликују се три врсте ласерског заваривања:
1) микрозаваривање (мање од 100 микрона),
2) мини заваривање (0,1 ... 1 мм),
3) макро заваривање (више од 1 мм).
Пошто дубина продирања обично не прелази 4 мм, ласерско заваривање има широку примену углавном у производњи прецизних алата, у производњи електронских уређаја, сатова, у конструкцији авиона, у аутомобилској индустрији, у заваривању цеви, а такође се широко користи у индустрија накита.
Пре сучеоног заваривања и преклапања, обезбедите размак од 0,1 ... 0,2 мм. Са великим празнинама може доћи до сагоревања и недостатка синтезе.
Главни параметри режима ласерског заваривања су:
1) трајање и енергија пулса,
2) фреквенција пулса,
3) пречник светлосног зрака,
4) растојање од најмањег дела фокусираног зрака до површине,
5) брзина заваривања. Достиже 5 мм / с. Да би се повећала брзина, фреквенција импулса се повећава или се користи континуирани режим.
Индустрија користи 2 врсте ласера за ласерско заваривање:
1) чврсти - рубин, неодимијум и ИАГ ласери (на бази итријум алуминијумског граната);
2) гасни ЦО2 ласери.
Недавно су се појавиле и машине за ласерско заваривање, чији је активни елемент оптичко влакно од кварца.Такви ласери омогућавају заваривање "проблематичних" материјала — бакра и месинга са високом рефлексијом, титанијума.
Могућности различитих машина за ласерско заваривање приказане су у табелама 1 и 2.
Примери режима ласерског заваривања ЦО2 гаса приказани су у табели 3.
Табела 1 — Дебљина лима и снага ласера за заваривање
Табела 2 — Применљивост ласера
Табела 3 — Режими ласерског сучеоног заваривања гасним ласером
Пречник ласерског зрака је обично 0,3 мм. Чеони завари заварени гредом мањим од 0,3 мм могу имати недостатак адхезије и недостатак продора. Заваривање ласерима до 10 кВ обично се врши без пунила.
Због мале површине на коју утиче топлота током ласерског заваривања, завар се врло брзо хлади. Ово може имати и негативне и позитивне последице на квалитет завареног споја. Многи метали дају најбоља физичка и механичка својства уз брзо хлађење спојева. Међутим, код заваривања нерђајућег челика то може довести до лома завара. Повећање ширине импулса на 10 мс и предгревање помаже да се елиминише овај феномен.
Уз прави избор материјала и начина заваривања, ласерско заваривање даје шавове највишег квалитета.
Ласерски системи се могу поделити у 3 категорије:
1) Уређаји за кућиште. У таквим уређајима, обрадак се поставља у посебан затворени простор који садржи заштитну неутралну атмосферу и ласерски зрак. Заваривач може да контролише и прати процес заваривања користећи посебан оптички систем.
2) Уређаји намењени заваривању на отвореном.Ласерски зрак има неколико степени слободе и производи програмиране покрете. Зона заваривања је заштићена протоком гаса.
3) Уређаји намењени за ручно ласерско заваривање. Ласерски горионици су веома слични ТИГ горионицима за заваривање. Ласерски зрак се преноси до бакље помоћу оптичког влакна. Током заваривања, заваривач држи ласерску лампу у једној руци, а материјал за пуњење у другој.
Табела 4 — Поређење различитих врста ласерског заваривања
Предности ласерског заваривања укључују:
1) мала површина топлотног дејства ласерског зрака на материјал и, као резултат, незнатне топлотне деформације;
2) могућност заваривања на тешко доступним местима, у окружењу провидном за ласерско зрачење (стакло, течности, гасови);
3) заваривање магнетних материјала;
4) мали пречник светлосног снопа, могућност микро заваривања, узак заварени шав са добрим естетским карактеристикама;
5) способност аутоматизације процеса;
6) флексибилно управљање светлосним снопом путем оптичког преноса;
7) разноврсност ласерске опреме (могућност употребе за ласерско заваривање и сечење, обележавање и бушење);
8) могућност заваривања различитих материјала.
Недостаци ласерског заваривања:
1. Висока цена и сложеност ласерске опреме.
2. Високи захтеви за припрему, чишћење ивица за заваривање.
3. Немогућност заваривања делова дебелих зидова, недовољна снага.Повећање снаге ласера за заваривање ограничено је чињеницом да се уз јаче дејство ласерског зрака на метал, он активно распршује у зони заваривања, што оштећује оптички систем уређаја и деактивира ласер за неколико сати. .