Качество швов на аппаратах лазерной сварки: виды соединений и какие факторы влияют на итоговый результат

Лазерная сварка постепенно вытесняет другие виды технологий. И это неудивительно — качество сварного шва получается выше за счет точной фокусировки луча, и он не требует дополнительной обработки. Высокая плотность и прочность материала в месте стыка деталей увеличивает срок службы конструкций, делает их более надежными, а также стойкими к механическим нагрузкам.

Благодаря этим свойствам лазерная сварка стала практически универсальной. Эта технология применяется в производстве высокоточных деталей и приборов, строительстве, ювелирной промышленности, авиа- и судостроении и в других отраслях промышленности. Словом, везде, где необходимо высокое качество швов. Сегодня мы расскажем вам, от чего оно зависит,  какие бывают виды сварных соединений и кратко о выборе лазерного оборудования.

Виды сварных соединений

Сварные соединения классифицируются по двум критериям: глубине проплавления и площади поверхности контакта соединяемых деталей. В первом случае предусмотрено три степени проплавления:

• Микросварка — не более 0,1 мм. Используется для соединения тонкопленочных элементов, микропроволоки и других мелких деталей, где требуется высокая точность и качество сварного шва.   

• Минисварка — от 0,1 до 1 мм. С ее помощью соединяют тонкие листы металла, например алюминия, припаивают проволоку к более массивному основанию и выполняют тому подобные технологические операции. 

• Макросварка — свыше 1 мм. Широко распространенный метод, который применяется для соединения металлических листов, профилей и деталей сложной формы толщиной до 12-13 мм в зависимости от марки сплава и мощности аппарата.  

Что касается площади соединяемых поверхностей, то здесь предусмотрено два вида соединений: шовный и точечный. Начнем с первого, так как он наиболее распространенный.

Шовное соединение

Этот способ подходит для сварки деталей, которые подвергаются повышенной нагрузке или требуют тщательной герметизации стыка. Например, водо-, нефте- и газопроводов, металлических емкостей под жидкие и сыпучие продукты, строительных конструкций, ограждений. Лазерные аппараты позволяют герметизировать корпуса ответственных деталей, таких как кварцевые резонаторы для высокоточных приборов. Благодаря точной фокусировке луча удается снизить количество бракованных изделий почти на 35%. 

Основные преимущества шовной лазерной сварки:

• высокая прочность шва;

• герметичность;

• устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам.

Недостатков как таковых у шовных соединений нет. Единственно, такой тип сварки не везде возможно или целесообразно использовать. В этих случаях применяется точечная сварка.

Точечное соединение

Этот метод подходит для сварки небольших элементов, которые не подвержены высоким нагрузкам, а другой вид крепежа нельзя использовать из-за малых размеров деталей. К таким изделиям относятся тонкая проволока и тонкопленочные элементы, концы термопар, ювелирные украшения со сложным дизайном и им подобные предметы. Точечная лазерная сварка также подходит для сваривания разных металлов: никель-хром, платина-родий, медь-алюминий и так далее. 

Благодаря вышеперечисленным свойствам эта технология широко используется в производстве печатных и электронных плат, полупроводников, высокоточных приборов. Лазерная точечная сварка идеально подходит для изготовления микросхем, а именно соединения проводников и тонкопленочных элементов. Последние изготавливаются из драгоценных и редкоземельных металлов, при этом их толщина очень невелика — от 0,3 до 1 мкм. Проводники тоже не отличаются значительными размерами — их диаметр не превышает 80 мкм.

Такие микроскопические элементы нельзя соединять с помощью пайки. Точнее, можно, но тогда до 80% изделий уйдет в брак. По этой причине в микросварке используются только лазерные аппараты, так как это экономит материалы и время, которые затрачиваются на переработку некондиционной продукции. 

Однако микро- и минисварка — не единственные сферы применения точечного метода. Он также подходит для прихватки крупных металлоконструкций перед окончательной сборкой. В дальнейшем изделия свариваются шовным способом или закрепляются другими соединениями, например, болтовыми. Благодаря сварочной прихватке исключается смещение элементов конструкции, сохраняются точные размеры зазоров и пазов.

Кратко о преимуществах точечной сварки:

• подходит для соединения микроскопических деталей;

• отличается высокой точностью и качеством сварного шва — можно применять в производстве ответственных элементов конструкции и сложных электронных приборов;

• высокая скорость сваривания.

К недостаткам относится отсутствие герметичности соединения и более низкая прочность по сравнению с шовным методом. По этой причине его используют в тех случаях, где этого не требуется.

От чего зависит качество сварного шва?

Первое, что приходит в голову — уровень квалификации сварщика. Отчасти да — от его навыков зависит многое, но не все. Кроме этого важен целый ряд ряд параметров, таких как свариваемость металла, выбор аппарата и режима сварки, толщина заготовки и скорость охлаждения шва. Начнем с первой характеристики.

Свариваемость

Свариваемость металла зависит от количества углерода — высокоуглеродистые марки с содержанием этого вещества свыше 0,35% требуют применения особых режимов сварки. Также на этот параметр влияют легирующие добавки и примеси, которые могут улучшать или наоборот  ухудшать свариваемость. Например, никель и титан повышают ее, а хром, кремний и марганец в высоких концентрациях — снижают. Чтобы улучшить качество сварного шва для марок с плохой свариваемостью, используются специальные меры, например, подогрев заготовок, применение защитных газов и последующая термообработка.

Таблица свариваемости стали

Охлаждение металла

В процессе сварки в месте стыка образуется жидкий металл, который начинает кристаллизоваться в процессе охлаждения. При этом если скорость остывания материала будет слишком большой, могут проявиться разные дефекты шва. Например, трещины или деформация самой заготовки. По этой причине опытные сварщики стараются охлаждать металл естественным путем. 

Если нужно сварить чугун, то в этом случае заготовки и вовсе подогревают до 600-650ºС, причем не только предварительно, но и во время, а также после завершения работы. Это делается для того, чтобы обеспечить прочный сварной шов, который не разобьется от случайного удара и сможет выдержать высокое давление. Кроме этого, низкая скорость охлаждения позволяет избежать деформации стенок деталей и отбеливания чугуна. 

Однако при использовании лазерных сварочных аппаратов риски проявления дефектов частично снижаются. Это связано с малой площадью нагрева — тепло почти не выходит за границы расплава. По этой причине лазером можно соединять термочувствительные металлы и сплавы. При этом все рекомендации по нагреву и охлаждению заготовок остаются в силе.    

Выбор оборудования и рабочего режима

При подборе оборудования и режима сварки необходимо обращать внимание на мощность аппарата и толщину заготовки. Также имеет значение марка стали, которая будет подвергаться обработке. Например, для листа из низкоуглеродистой стали толщиной 5 мм достаточно мощности 2 кВт. Но если речь идет о нержавейке, то для нее может потребоваться 3 кВт и более в зависимости от марки. Ранее у нас выходила подробная статья о лазерной сварке, в которой приведена таблица зависимости мощности от толщины заготовки.

Специалисты компании "Технограв" рекомендуют приобретать оборудование с запасом мощности хотя бы в 0,5 кВт. Особенно актуально для производства, где толщина заготовки и марки стали часто меняются или изготавливаются нестандартные детали под заказ. В таких случаях запас мощности позволяет выпускать изделия большей толщины или из термостойких марок стали с высоким качеством сварного шва. Например, как у ручных аппаратов Senfeng для лазерной сварки серий FCA и HWM с автоматической подачей проволоки.

С помощью этого оборудования можно получить сварные швы без дефектов в виде пустот, трещин и наплывов. С их помощью можно качественно сваривать сталь, алюминий и другие сплавы толщиной до 6 мм. Минимальная площадь нагрева значительно снижает риск деформации деталей, благодаря чему лазерные установки Senfeng можно использовать для сварки материалов, чувствительных к термическому воздействию. Аппараты подходят для соединения элементов конструкции внахлест, методом стыка, с отбортовкой, потайным швом и другими способами, которые указаны в инструкции. Оборудование Senfeng  для лазерной сварки от компании "Технограв"— это оптимальное соотношение цены и качества. 

Виды соединений