Лазерная сварка (LBW)

Лазерная сварка (LBW) — это высокоточный способ соединения металлов с помощью сосредоточенного пучка когерентного света высокой интенсивности. Сфокусированный лазерный луч глубоко проникает в металл, образуя «ключевую полость» и обеспечивая узкое термически деформированное пространство вокруг шва.

Принцип работы основан на преобразовании оптической энергии в тепловую: лазерный луч пропускают через систему оптики и фокусируют в точку диаметром 0,1–1 мм. При достаточной плотности мощности (>10⁶ Вт/см²) металл испаряется и образует паровую полость, что ускоряет расплавление и углублённое проплавление «трубой» луча (keyhole mode).

Оборудование LBW включает:

  • Лазерный генератор (CO₂-лазер, Nd:YAG, волоконный или дисковый).
  • Систему доставки: оптические волокна, зеркала и фокусирующая линза.
  • Станок с ЧПУ или роботизированный манипулятор для перемещения сопла.
  • Защитную газовую систему (аргон, гелий) для предотвращения окисления зоны сварки.
  • Систему контроля положения фокуса и видеомониторинга процесса.

Типы лазеров LBW:

  • CO₂-лазеры: работают на инфракрасной длине волны 10,6 мкм, дают высокую мощность, но требуют сложного оптического тракта.
  • Nd:YAG-лазеры: длина волны 1,064 мкм, сочетают компактность с возможностью гибкой подачи через волокно.
  • Волоконные (fiber) и дисковые лазеры: обеспечивают отличное качество луча, высокую электрическую эффективность и минимальные габариты оборудования.

Ключевые технологические параметры:

  • Мощность луча: 0,5–10 кВт (для большинства промышленных установок).
  • Скорость перемещения: 0,5–20 м/мин (зависит от толщины и типа металла).
  • Фокусное положение: смещение относительно поверхности влияет на глубину проплавления.
  • Расход защитного газа: 10–30 л/мин, важен для создания инертного экрана над швом.

Преимущества лазерной сварки:

  • Узкая зона термического влияния (HAZ) и минимальные деформации.
  • Глубокое проплавление при малом сечении шва.
  • Высокие скорости сварки и производительность.
  • Не контактный процесс: нет механического усилия на детали.
  • Возможность сварки тонких листов и микрокомпонентов без прожогов.

Ограничения метода:

  • Высокая стоимость лазерных источников и оптики.
  • Строгие требования к плотности и чистоте поверхности (любой оксид снижает поглощение луча).
  • Потенциальная опасность для зрения и кожи — требуется полная защитная ограждённая камера.
  • Плохая пригодность для материалов с высокой отражательной способностью (медь, алюминий) без предварительного окрашивания или текстурирования поверхности.

Сферы применения:

  • Авиакосмическая отрасль — сварка тонкостенных корпусов и топливных баков.
  • Автомобилестроение — сборка кузовных панелей, литых элементов и систем выхлопа.
  • Микроэлектроника и медицина — герметичное соединение тонких фольг и трубок.
  • Энергетика — производство труб большого диаметра и теплообменных аппаратов.

Безопасность и автоматизация: Рабочая зона LBW обязательно экранируется от рассеянного излучения, а операторы используют специальные очки и средства вентиляции. В современных линиях процесс интегрируют с системами автоматической подачей деталей, многолучевой сваркой и роботами-манипуляторами, что повышает стабильность параметров и снижает трудозатраты на обслуживание.

Основными российскими и межгосударственными стандартами по лазерной сварке являются:

  1. «Сварка лазерная импульсная. Сварные соединения точечные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры» — определяет классификацию точечных соединений, их конструктивные элементы и габаритные параметры при импульсной лазерной сварке.
  2. «Сварка. Рекомендации по сварке металлических материалов. Часть 6. Лазерная сварка» — содержит методические указания по выбору режима, оборудования и контролю качества при лазерном соединении металлов.