Лазерная сварка: выбор материала и ограничения

Лазерная сварка — это новая промышленная технология промышленной сварочной обработки. Его преимущества заключаются в высокой скорости сварки, высокой точности, высокой эффективности, а также гладких и красивых сварных швах. Лазерные сварочные аппараты широко используются и могут сваривать различные материалы. Но какие материалы нельзя использовать с аппаратами лазерной сварки? В этой статье мы обсудим выбор материалов и ограничения лазерной сварки, рассмотрим типы материалов, которые можно сваривать лазерной сваркой, и материалы, которые не подходят для лазерной сварки, а также подробно проанализируем причины.

Основные принципы лазерной сварки

Прежде чем углубляться в подходящие материалы для лазерной сварки, необходимо понять основные принципы лазерной сварки. Лазерная сварка — это метод сварки, в котором высокая энергия лазерного луча используется для локального нагрева поверхности заготовки, чтобы мгновенно расплавить ее и сформировать сварное соединение после затвердевания.
Основные этапы лазерной сварки включают генерацию, модуляцию и фокусировку лазерного луча. Сначала лазерный генератор генерирует чрезвычайно интенсивный лазерный луч, а затем лазерный луч модулируется и фокусируется через оптическую систему, чтобы точно осветить зону сварки. В зоне сварки высокая плотность энергии лазера быстро нагревает поверхность детали выше критической температуры, вызывая ее мгновенное плавление с образованием расплавленной ванны. Затем расплавленная ванна охлаждается и затвердевает, образуя прочный сварной шов.
Это новый метод сварки, который в основном используется для сварки тонкостенных материалов и прецизионных деталей. С его помощью можно добиться таких сварочных эффектов, как точечная сварка, многослойная сварка и сварка уплотнений. Этот метод сварки отличается небольшой шириной сварного шва, небольшой зоной термического влияния, высокой скоростью сварки, красивым внешним видом и отсутствием необходимости послесварочной обработки. Но это также выдвигает определенные требования к выбору материалов.

Материалы, которые можно сваривать лазером

Лазеры могут сваривать вместе множество различных типов материалов. По сравнению с традиционными методами термической или электросварки он имеет более широкий спектр применения и позволяет сваривать различные металлические и неметаллические материалы. В основном включают следующие категории:

Металлические материалы

Лазерная сварка широко используется при сварке металлических материалов и подходит для различных металлических материалов, включая, помимо прочего, следующие категории:

Нержавеющая сталь

Благодаря скорости сварки и небольшой зоне термического влияния лазерного сварочного аппарата явление перегрева и большой коэффициент линейного расширения при сварке нержавеющей стали устраняются, а сварочный шов не имеет дефектов, таких как поры и включения. По сравнению с углеродистой сталью, из нержавеющей стали легче получать узкие сварные швы с глубоким проплавлением из-за ее низкой теплопроводности, высокой скорости поглощения энергии и высокой эффективности плавления. Сварка тонких пластин с помощью маломощного лазерного сварочного аппарата позволяет получить соединения правильной формы с гладкими и красивыми сварными швами.

Алюминиевый сплав

Алюминий и алюминиевые сплавы представляют собой материалы с высокой отражающей способностью и хорошей теплопроводностью, а лазерная сварка позволяет добиться эффективной сварки. При сварке алюминия и его сплавов по мере повышения температуры в корне могут появляться пустоты и валик сварного шва может плохо формироваться. Лазерная сварка позволяет эффективно уменьшить зону термического влияния и избежать деформации материала и образования трещин.

Титановый сплав

Титановые сплавы также являются одним из идеальных вариантов для лазерной сварки благодаря их высокой прочности и коррозионной стойкости. Лазерная сварка позволяет получать качественные сварные швы, не разрушая свойств титановых сплавов.

Неметаллические материалы

Лазерная сварка подходит не только для металлических материалов, но также может использоваться для сварки некоторых неметаллических материалов, особенно в приложениях с высокой точностью и низким тепловым воздействием. Ниже приведены некоторые неметаллические материалы, которые можно сваривать лазерной сваркой:

Пластик

Лазерная сварка превосходно подходит для сварки пластмассовых материалов. Этот метод сварки можно использовать с полимерами, термопластами и реактопластами, он широко используется при производстве медицинских приборов, электроники и автомобильных деталей.

Керамика

Лазерную сварку можно использовать для сварки керамических материалов, в том числе глиноземной и циркониевой керамики. Это имеет важные применения в электронике, оптике и аэрокосмической промышленности, поскольку лазерная сварка предлагает преимущества высокой точности и отсутствия контакта.

Резиновые и эластичные материалы

Для некоторых неметаллических материалов с хорошей эластичностью также можно рассмотреть возможность лазерной сварки. Это может найти применение в особых областях, таких как производство медицинских приборов и гибких электронных устройств.

Материалы, которые нельзя сваривать лазером

Однако стоит отметить, что не все материалы подходят для лазерной сварки. Вот некоторые материалы, которые лазерная сварка обычно не может эффективно сваривать:

Высокоотражающие материалы

Лазерная сварка основана на использовании высокой энергии лазерного луча для нагрева поверхности материала. Следовательно, для материалов с высокой отражающей способностью лазерный луч может отражаться и не может эффективно нагреваться, что затрудняет сварку. Типичные материалы с высокой отражающей способностью включают медь и медные сплавы. После обработки могут возникнуть проблемы непроваривания и проникновения. Поэтому необходимы концентрированная энергия, мощные источники тепла и меры предварительного подогрева.

Прозрачный материал пластик

Лазерная сварка не подходит для сварки прозрачных материалов, поскольку лазерный луч не может обеспечить достаточное поглощение в высокопрозрачных материалах. Сюда входят стекло и некоторые виды пластика.

Материалы, чувствительные к температуре

Некоторые материалы с высокой температурной чувствительностью, такие как термопласты, могут подвергаться воздействию чрезмерного тепла в высокотемпературной среде лазерной сварки, что приводит к снижению характеристик материала.

Высокоотражающее металлическое покрытие

Некоторые материалы покрыты металлическими покрытиями с высокой отражающей способностью, которые могут привести к отражению лазерного луча и неспособности эффективно нагревать подложку.

Высокогигроскопичные материалы.

Лазерная сварка требует относительно сухой среды, а для материалов с высокой гигроскопичностью в процессе сварки может присутствовать влага.

Какие факторы определяют свариваемость материала?

На свариваемость при лазерной сварке влияет множество факторов, в основном это термические, оптические, химические и физические свойства материала. Ниже приводится подробное описание этих факторов с точки зрения этих четырех аспектов:

Оптические свойства материалов

Коэффициент поглощения. Способность материала поглощать лазерный луч зависит от его коэффициента поглощения. Высокий коэффициент поглощения означает, что материал легче нагревается лазерным лучом, что облегчает сварку.
Прозрачность. Материалы с высокой прозрачностью обычно не подходят для лазерной сварки, поскольку лазеру трудно обеспечить достаточное поглощение в прозрачных материалах. Материалы должны иметь высокую поглощающую способность, низкую отражательную способность и коэффициент пропускания, чтобы обеспечить эффективную и стабильную сварку.

Термические свойства материалов

Точка плавления и температура кипения. Точка плавления и температура кипения материала напрямую влияют на пригодность для лазерной сварки. Более низкая температура плавления облегчает лазерную сварку, что облегчает мгновенное плавление материалов.
Теплопроводность: Теплопроводность влияет на скорость теплопередачи в зоне сварки. Более высокая теплопроводность может привести к слишком быстрому охлаждению сварного шва, что приведет к появлению трещин или деформации.

Химические свойства материалов

Окисление. Сильно окисляющиеся материалы могут образовывать оксиды в процессе сварки, что влияет на качество сварного шва. При выборе материалов, подходящих для лазерной сварки, учитывайте их окислительные свойства.
Химическая реакция. На качество сварного шва может повлиять то, будет ли материал подвергаться химической реакции при высоких температурах, особенно при взаимодействии с газами в среде сварки.

Физические свойства материалов

Коэффициент расширения: Коэффициент теплового расширения материала влияет на тепловую деформацию во время сварки. Соответствие сварочных материалов и процессов может снизить риск деформации.
Твердость: Твердость материала влияет на процесс образования и затвердевания ванны расплава во время лазерной сварки, что может повлиять на качество сварки.

Принимая во внимание вышеуказанные факторы, можно более точно оценить пригодность лазерной сварки для конкретного материала. В практических применениях всесторонний анализ этих факторов помогает выбрать подходящие параметры и процессы сварки, чтобы обеспечить эффективность сварки. лазерная сварка и качество сварки.

Проблемы и направления применения лазерной сварки

Хотя лазерная сварка добилась значительных успехов во многих областях, в будущем она все еще сталкивается с некоторыми проблемами, которые могут повлиять на сферу ее применения и эффективность. Ниже приведены проблемы, с которыми может столкнуться технология лазерной сварки:

Адаптивность материала

Светоотражающие материалы. Для материалов с высокой отражающей способностью, таких как алюминий и медь, лазерной сварке сложно эффективно нагреть поверхность, что затрудняет сварку.
Прозрачные материалы. Лазерному лучу трудно обеспечить достаточное поглощение в прозрачных материалах, что затрудняет лазерную сварку прозрачных материалов.

Контроль над процессом

Высокотемпературный градиент: Высокотемпературный градиент, создаваемый лазерной сваркой, может вызвать термическую деформацию и остаточное напряжение в зоне сварки, влияя на качество сварки.
Контроль сварного шва. При сварке сложных форм лазерная сварка сталкивается с определенными проблемами, связанными с точным контролем сварного шва.

Стоимость и сложность оборудования

Стоимость оборудования. Приобретение и обслуживание оборудования для лазерной сварки относительно дорогое, что может быть ограничивающим фактором в некоторых случаях.
Сложность: системы лазерной сварки часто требуют очень сложного оборудования и управления процессом, а также высоких навыков оператора.

Эффективность производства

Скорость производства. В некоторых крупномасштабных производственных ситуациях лазерная сварка может быть не такой быстрой, как другие традиционные методы сварки, что ограничивает ее применение в условиях больших объемов производства.

Разработка лазерных источников высоких энергий

На качество и эффективность лазерной сварки влияет мощность лазерного источника. В будущем потребуются более мощные, стабильные и надежные источники высокоэнергетического лазера для увеличения скорости и глубины сварки и возможности работы с более широким спектром материалов.

Экологически чистый

Современное производство все больше внимания уделяет экологической устойчивости, поэтому технология лазерной сварки должна снижать образование отходов, потребление энергии и негативное воздействие на окружающую среду во время процесса.

Подведем итог

Лазерная сварка — это процесс, с помощью которого можно сваривать материалы различных свойств и толщины. Свариваемость материала зависит от его оптических, термических и химических свойств. Он подходит для сварки различных металлических и неметаллических материалов и обладает высокой эффективностью и точностью. Однако на него по-прежнему влияют свойства материала, и для некоторых конкретных материалов существуют определенные ограничения. Считается, что благодаря постоянному развитию лазерных технологий в будущем лазерная сварка получит более широкое применение и позволит решить все больше проблем с материалами.
AccTek Laser — надежный партнер для тех, кто ищет надежные и современные решения для лазерной сварки. Наши новейшие машины для лазерной сварки разработаны с учетом разнообразных потребностей отрасли, обеспечивая точность и эффективность при обработке различных материалов. Наша команда экспертов готова предоставить помощь и рекомендации, гарантируя плавную интеграцию технологии лазерной сварки в производственный процесс. Пожалуйста, не стесняйтесь обращаться Акктек лазеОбращайтесь за консультацией и знакомством с будущим технологий лазерной сварки.

Лазерное оборудование

Контактная информация

Получить лазерные решения