Современные виды сварки. Часть 2

С практической стороны лазерная сварка хороша тем, что не требует сложных условий для защиты металла: если материал не слишком активен (например, сталь или латунь), сварку нередко ведут прямо в атмосферном воздухе или с небольшой подачей инертного газа для защиты от окисления. Сложнее работать с высокоактивными элементами (титаном, магнием, алюминием), однако и здесь всё нередко обходится простым потоком аргона или гелия, что несравненно проще и дешевле по сравнению с глубоким вакуумом в электронно-лучевых камерах. К слову, лазерный метод замечательно показывает себя при соединении разнородных материалов, где классическая сварка затруднена из-за разницы в температуре плавления, теплопроводности и склонности к хрупким интерметаллидным фазам.

Отдельно стоит упомянуть импульсный режим, востребованный в электронной и электротехнической промышленности. Когда требуется аккуратная точечная сварка листов толщиной менее миллиметра, луч действует короткими «вспышками». Каждая вспышка длится миллисекунды, быстро расплавляя металл и тут же давая ему остыть. Эти точки перекрывают друг друга на определённый процент (30-90 %) по шву, формируя герметичное соединение. При этом почти не возникает локальных короблений или прожогов, а шов остаётся тонким и чистым. Импульсная сварка обеспечивает исключительно малые зоны термического влияния, и именно в этих сегментах лазерная технология оказывается едва ли не единственным удобным вариантом. Для сварки микродеталей или сборки прецизионных приборов (медицинских имплантов, плат, сенсоров) такой режим практически незаменим.

Конечно, лазерное оборудование всё ещё остаётся дорогим, особенно если речь о высоких мощностях для глубокой сварки многомиллиметровых пластин. Однако при сравнении общего цикла производства – включая отсутствие многопроходного процесса, уменьшение объёмов правки, сокращение брака и простоту автоматизации – часто выясняется, что лазерное решение рентабельнее альтернатив. Установка окупается именно за счёт резкого ускорения процесса, экономии на материалах (присадках и защитных газах) и освобождения части технологических операций. Вдобавок при росте серийности изделий разница в себестоимости становится ещё заметнее: стоимость простого расхода электроэнергии и газа для лазера куда ниже, чем иногда представляют.

Там, где попытки соединить тугоплавкие или чувствительные к нагреву сплавы (особенно высоколегированные и разнородные) при обычной сварке завершаются трещинами, лазерный луч обычно даёт нужное качество. За счёт экспоненциально быстрых нагрева и охлаждения металл не успевает изменить фазовый состав, а сами соединяемые детали сохраняют прежние размеры и форму с минимальными усадочными деформациями. В ряде случаев, например, при изготовлении авиационных лонжеронов, космических баков или тонкостенных труб, это позволяет вообще не прибегать к последующей механической доводке или термообработке. Более того, конструкторы теперь могут закладывать в проект узлы минимального веса, так как уверены, что сварка не ослабит структуру.

Сравнивая лазер с электронно-лучевым методом, зачастую говорят: «У электронного луча выше проплавляющая способность на единицу мощности». Но при этом электронная пушка требует высоковакуумных установок, что усложняет транспортировку деталей и ограничивает их габариты. Лазер же работает «на воздухе» (или с небольшой газовой защитой), позволяя обработать крупные узлы – хоть секции корабельных или авиационных корпусов. Потребность в вакууме возникает лишь в особых ситуациях, если нужно ещё больше повысить плотность энергии или точно контролировать состав атмосферы. В большинстве же промышленных приложений достаточно обычного «цехового» варианта, где все камеры и насосы не нужны.

Лазерная сварка показывает себя идеальным кандидатом для роботизации. На производстве в условиях быстрого выпуска деталей малый срок переналадки, точность позиционирования на стыке и отсутствие нагара, брызг и рыхлого шлака оказываются критически важными. Сварочные швы после лазера сохраняют ровность, не требуют снятия усиления или зачистки, а значит, скорость перехода к следующей технологической операции возрастает. Системы видеонаблюдения и лазерного сканирования могут работать в связке с установкой, быстро подстраивая траекторию луча, если реальное положение кромок чуть-чуть отличается от запланированного.

В итоге лазерная технология выходит на ведущие позиции, когда необходимы:

• Высокая скорость и снижение общего времени сборки.
• Минимум деформаций и сохранение оригинальной геометрии деталей.
• Герметичный или прочный узкий шов с отличной повторяемостью.
• Работа с дорогостоящими и чувствительными к перегреву сплавами, включая разнородные металлы.
• Проектирование лёгких и одновременно надёжных конструкций без потери прочности.

Таким образом, дороговизна лазерной системы с лихвой компенсируется её возможностями. Для деталей средней и большой толщины, при массовых серийных операциях или же наоборот при высокоточных единичных изделиях, где важны свобода в выборе сварных узлов и строгий контроль качества, лазер демонстрирует наилучший баланс между скоростью, точностью и конечной себестоимостью. Именно поэтому всё большее число предприятий, включая автомобильную, авиационную, космическую отрасли, переходит на лазерную сварку, тем самым выводя свою продукцию на более высокий уровень технологичности и долговечности.

• Современные виды сварки.