Лазерная сварка может выполняться как непрерывным, так и импульсным лазерным лучом. Принципы лазерной сварки обычно подразделяются натеплопроводная сваркаилазерная сварка с глубоким проплавлением.
Когда плотность мощности лазера ниже примерно10⁴–10⁵ Вт/см², происходит теплопроводная сварка. В этом режиме провар неглубокий, а скорость сварки относительно низкая.
Когда плотность мощности превышает примерно10⁵–10⁷ Вт/см², металлическая поверхность быстро нагревается и вдавливается, образуя"замочная скважина", что приводит к сварке с глубоким проплавлением. Этот процесс характеризуется высокой скоростью сварки и большим соотношением глубины-к-ширине.
1. Принцип лазерной сварки с теплопроводностью
При теплопроводной сварке лазерное излучение нагревает поверхность заготовки. Затем тепло распространяется в материал за счет теплопроводности. Благодаря точному контролю параметров лазера, таких как ширина импульса, энергия, пиковая мощность и частота повторения, материал плавится, образуя контролируемую ванну расплава и обеспечивая сварку.
2. Лазерная сварка с глубоким проплавлением (сварка замочной скважины).
Машины лазерной сварки, используемые в таких областях, как сварка зубчатых колес и металлургическая сварка тонких-листов, в основном основаны на лазерной сварке с глубоким проплавлением.
При сварке с глубоким проплавлением для соединения материалов обычно используется непрерывный лазерный луч. Его металлургический и физический процесс очень похож на электронно-лучевую сварку. Механизм преобразования энергии достигается за счетструктура замочной скважины (эффект замочной скважины).
При достаточно высокой плотности мощности лазера материал на поверхности испаряется и образует замочную скважину. Эта полость,-заполненная паром, ведет себя как черное тело, поглощая почти всю падающую лазерную энергию. Равновесная температура внутри замочной скважины может достигать примерно2500 градусов[1]. Затем тепло передается наружу от высоко-стенок полости, расплавляя окружающий металл.
Замочная скважина заполнена парами металла с высокой-температурой, постоянно образующимися в результате испарения под лазерным облучением. Расплавленный металл окружает замочную скважину, а твердый металл остается вне расплавленной зоны. (В большинстве традиционных сварочных процессов и при лазерной теплопроводной сварке энергия сначала поглощается на поверхности, а затем передается внутрь.)
За пределами замочной скважины поток расплавленного металла, поверхностное натяжение и давление пара внутри полости остаются в динамическом равновесии. Поскольку лазерный луч непрерывно движется вперед, замочная скважина остается стабильной и движется вместе с лучом. Расплавленный металл непрерывно обтекает замочную скважину и заполняет оставшуюся за ней пустоту, затвердевая по мере охлаждения и образуя сварной шов.
Весь этот процесс происходит чрезвычайно быстро, позволяя скорости сварки легко достигать нескольких метров в минуту.
