Ручная лазерная сварка: преимущества, особенности и сравнение с TIG и MIG/MAG

Ручная лазерная сварка: преимущества, особенности и сравнение с TIG и MIG/MAG

Получите консультацию по выбору лазерного сварочного аппарата WiseCut – свяжитесь с нашими специалистами по телефону 8 (495) 972-34-49, e-mail krep@kontur-97.ru или оставьте заявку на сайте

Физические процессы лазерной сварки

При лазерной сварке энергия излучения концентрируется в пятне диаметром 0,2 - 0,6 мм, что создаёт плотность мощности до 10⁶ Вт/мм², цикл нагрева и кристаллизации длится миллисекунды, металл локально плавится и формирует узкий сварной шов с небольшой зоной термического влияния.

При сварке TIG/MIG тепловое пятно имеет диаметр 3 - 6 мм, а плотность мощности составляет 10 - 100 Вт/мм², нагрев и охлаждение происходят относительно медленно, что приводит к расширению зоны термического влияния (далее - ЗТВ), при этом контролировать сварочный процесс гораздо сложнее, чем в случае с лазерной сваркой.

Выводы:

• ЗТВ при лазерной сварке (0,5 - 1,5 мм) значительно уже, чем при дуговой TIG/MIG (3 - 8 мм)

• температурные деформации при лазерной сварке снижаются на порядок по сравнению с дуговой

• механические свойства соединения приближаются к свойствам основного металла при условии правильного выбора режимов лазерной сварки

Таким образом, использование лазерной сварки снижает риск коробления деталей, уменьшает объём шлифовки и зачистки после сварки, обеспечивает более аккуратный внешний вид сварного соединения. Именно поэтому ручная лазерная сварка востребована там, где важны не только прочность, но и скорость производства, чистота шва и стабильность результата.

Сравнение лазерной сварки с TIG и MIG/MAG

Лазерная сварка не заменяет традиционные методы во всех случаях, но в ряде задач она даёт заметный выигрыш. Ниже приведено практическое сравнение:

Механические свойства сварных соединений

По результатам испытаний на разрыв сваренных образцов из нержавеющей стали 304L и алюминиевого сплава АМг5:

• предел прочности сварного шва при лазерной сварки составляет 510 - 560 МПа (разрушение по основному металлу), а у TIG/MIG 480 - 530 МПа (разрушение по ЗТВ)

• снижение твёрдости в зоне термического влияния при лазерной сварке < 5%, при дуговой сварке разупрочнение достигает 20 – 30%

Пористость лазерных швов при правильной подготовке кромок минимальна, менее 0,5 % площади шва, «сплошность» соединения сопоставима с основным материалом.

Лазерная сварка различных металлов и сплавов

Углеродистая сталь

Лазер оптимален для тонколистовой стали 0,5 - 4 мм, для толщин более 8 - 10 мм, а так же грязных листов экономически и технологически выгоднее применение дуговой сварки.
При сварке конструкционной стали лазер обеспечивает полный проплав с меньшим средним тепловложением, чем при MIG/TIG. Скорость сварки лазером на тонких листах 0,5 - 4 мм сопоставима или превосходит MIG, но значительно выше, чем TIG. Лазерный шов уже, а брызг металла существенно меньше, это снижает трудоёмкость последующей зачистки. Зона термического влияния значительно уже, что сохраняет механические свойства металла вокруг шва.

Пример лазерной сварки углеродистой стали толщиной 1,6 мм

Нержавеющая сталь

Лазер варит нержавеющую сталь в 4 - 10 раз быстрее TIG, давая при этом аккуратный, зачастую разноцветный за счёт окислов шов, который не требует шлифовки.
Тепловые деформации - основная проблема при дуговой сварке нержавейки. Из-за высокого коэффициента термического расширения и низкой теплопроводности широкий прогрев дугой вызывает сильное коробление, особенно на листах тоньше 3 мм. Лазер благодаря узкому шву и локальному нагреву практически полностью решает эту проблему, сохраняя геометрию изделия. Широкая ЗТВ при TIG/MIG может привести к выпадению карбидов хрома по границам зёрен, что снижает антикоррозионные свойства - «сварная коррозия». Узкая ЗТВ при лазерной сварке минимизирует этот риск, сохраняя легирующие свойства материала. Что делает лазерную сварку идеальным выбором для декоративных изделий из нержавеющей стали.

Пример лазерной сварки нержавеющей стали толщиной 1,8 мм

Оцинкованная сталь

Высокая скорость лазерной сварки обеспечивает минимальную зону выгорания цинка. При сварке внахлёст с зазором 0,1 – 0,2 мм пары цинка выходят наружу, не создавая пор в сварном шве.
Температура кипения цинка 907 °C, а плавления стали около 1400 °C. При дуговой сварке цинк вокруг шва выгорает, лишая металл защиты от коррозии, создавая поры и вызывая сильное разбрызгивание. Для толстых оцинкованных листов встык или внахлёст без зазора лучшим решением может стать гибридная лазерно-дуговая сварка (Laser-TIG/MIG, не реализована на ручных лазерных аппаратах). Передний источник дуги служит для предварительного подогрева и выжигания цинка, а следом идущий лазер делает чистый и глубокий шов. Это единственный способ получить качественный шов без пор на таких соединениях.

Пример лазерной сварки встык оцинкованной стали толщиной 2,0 мм  

Алюминий

Лазер обеспечивает высокую производительность и минимизацию пор при сварке алюминия с чистой поверхностью, на грязном или влажном алюминии возможно возникновение пористости.
Высокая отражательная способность алюминия (до 90% для ИК-излучения) требует тщательного подбора параметров лазерной сварки. После пробоя плазменного канала поглощение резко растёт. Качество шва сильно зависит от чистоты поверхности, оксидная плёнка (Al₂O₃) должна быть удалена механически. По сравнению с TIG-сваркой на переменном токе, лазер менее эффективен при сварке грязного или покрытого лаком алюминия. Для поверхностей, очищенных механическим способом, результаты лазерной сварки алюминия превосходят TIG.

Пример лазерной сварки алюминия толщиной 3,0 мм

Медь и её сплавы

TIG/MIG сварка меди затруднена из-за высокой теплопроводности материала: требуется предварительный подогрев и высокая погонная энергия. Лазерная сварка меди возможна при использовании излучения с длиной волны 515 нм (зелёный) или 450 нм (синий), которое поглощается медью в 5 - 10 раз эффективнее, чем инфракрасное (1,06 - 1,07 мкм), однако, подобное оборудование редко встречается среди ручных лазерных аппаратов. При стандартном инфракрасном лазере сварка меди также выполнима, но на режимах с высокой пиковой мощностью для пробоя паровой полости.

Разнородные металлы

Лазерная сварка позволяет соединять пары «сталь - алюминий», «медь - нержавеющая сталь» при условии точного позиционирования луча и контроля интерметаллидных слоёв. Для дуговых методов такие соединения обычно невыполнимы.

Ограничения лазерной сварки

Лазерная сварка не является универсальной заменой TIG и MIG/MAG. Следует учитывать следующие ограничения:

• допустимый зазор в стыке ≤ 0,6 мм, с присадкой: до 1,5 мм:

• оптимальный зазор 0,1 - 0,3 мм

•  максимальный зазор для ручной лазерной сварки 0,6 мм при толщине металла до 3 мм

• при зазорах 0,6 - 1,5 мм требуется использование присадочной проволоки. Для TIG и MIG/MAG допустимый зазор больше - до 1 ~ 2 мм без потери качества

• толщина металла за один проход до 8 мм (3 кВт) и до 12 мм (6 кВт) для углеродистой стали с разделкой кромок

чистота поверхности критична:

• наличие на свариваемой поверхности масла, краски, окалины, ржавчины и т.п. резко снижает качество шва (пористость, несплавления). TIG и MIG/MAG менее требовательны к загрязнениям

• использование защитного газа:

• как и при дуговой, требуется подача инертного газа (чаще всего аргон Ar), при недостаточной защите возможно окисление и образование дефектов сварного шва

ремонтопригодность:

Требования к подготовке кромок и присадочным материалам

Безопасность и условия труда

• обязательны изащитные очки, с учетом длины излучаемых волн, или маски со светофильтром DIN 5- 8. Прямое или отраженное лазерное излучение (класс 4) при попадании в глаза или на кожу может привести к серьезным травмам. Несмотря на то, что излучение является невидимым, лазерный луч может привести к необратимым повреждениям сетчатки и/или роговицы глаза

• рентгеновское излучение при лазерной сварке отсутствует

• требуется использование вытяжки, уровень аэрозолей (газообразных продуктов) ниже, чем при сварке покрытыми электродами или флюсами, но выше, чем при TIG без присадки

• масса лазерного сварочного пистолета 0,7 - 1,5 кг, что меньше массы сварочной горелки MIG 3 - 5 кг. Снижается физическая нагрузка на сварщика.

Обучение персонала

Для выполнения качественной лазерной сварки оператору потребуется освоить следующие навыки: фокусировка, скорость, угол наклона 70 - 80°, при работе с присадкой - настройка подачи проволоки. Время обучения: 3 - 5 дней (теория + практика). Стабильный результат достигается быстрее, чем при обучении дуговой сварке.

Почему выбирают лазерную сварку WiseCut

• скорость сварки до 4 раз выше дуговой

• минимальные термические деформации (отсутствует коробление)

• аккуратный и прочный сварной шов, не требующий зачистки

• высокая химическая чистота лазерной сварки

• универсальность: сварка, резка, очистка металла и сварных швов, точечная сварка (4-в-1 или 5-в-1 с точечной сваркой)

• простая переналадка оборудования

• быстрое обучение персонала

Где применяется ручная лазерная сварка WiseCut

тонколистовой металл во избежание прожога или коробления

нержавеющая сталь, особенно для декоративных изделий, при высоких требованиях к внешнему виду шва

алюминий и медь (при чистой поверхности)

сварка разнородных материалов, например алюминия и стали

корпусные и серийные изделия (шкафы, кожухи, металлоконструкции и т.п.)

Купить аппарат ручной лазерной сварки WiseCut

• Многофункциональные аппараты лазерной сварки 4-в-1: сварка, резка, очистка металла и швов, мощностью 1,5 - 3 кВт

• Ультрамощный промышленный аппарат лазерной сварки мощностью 6 кВт

• Многофункциональные аппараты лазерной сварки 5-в-1 с функцией точечной сварки мощностью 1,5 - 3 кВт