Лазерне зварювання – це складний процес, який вимагає тривалої підготовки перед увімкненням лазера.
Ось деякі з ключових кроків процесу.
Крок 1 – Підготовка поверхні
Металеві заготовки і злитки мають захисні поверхневі покриття. Ці покриття, як правило, є маслами, які використовуються для запобігання іржі, металевого покриття або оксидів (у випадку алюмінію).
Необхідно видалити небажані сполуки та домішки з металу та зробити поверхню шорсткішою — більш шорстка поверхня забезпечує кращу адгезію металу під час зварювання. Крихітні нерівності та порожнини на поверхні забезпечують чудові опорні точки для прилипання розплавленого наповнювача.
Крок 2 – Доставка наповнювача
Присадний метал, зазвичай тонкий металевий порошок, витікає з повітряного сопла з інертним газом (азотом або аргоном). Інертні гази запобігають окисленню, видаляють небажані поверхневі забруднення та зберігають зварні шви чистими та без шлаку.
Виготовлення тонких і однорідних металевих порошків є дорогим процесом. Створення металевого порошку зазвичай вимагає більше зусиль, ніж саме зварювання лазерним напиленням.
Тому багато машин для лазерного осадження замість цього використовують тонкі металеві дроти. Дріт можна подавати вручну або автоматично за допомогою двигуна та роликової системи поблизу лазерної головки.
Слід зазначити, що при зварюванні присадний метал може бути таким же, як і заготовка, а покриття поверхні може бути різним.
Крок 3 – Локальний лазерний нагрів
Точна система ЧПК направляє лазерний промінь високої потужності в потрібне місце. Лазер розплавляє поверхню заготовки та вхідний присадний метал менш ніж за секунду.
Лазерний промінь вводить фіксовану кількість енергії в деталь, а площа нанесення енергії контролюється потужністю лазерного джерела та діаметром плями. Діаметр лазерної плями — це розмір точки контакту між лазером і деталлю.
Більший розмір плями означає, що енергія розповсюджується більше, і тим більше часу потрібно для розплавлення поверхні. Менший діаметр плями означає, що вся лазерна енергія зосереджена на крихітній плямі, що скорочує час плавлення.
Менший розмір точки означає більшу точність і швидший час зварювання. Це також мінімізує деформацію матеріалу, оскільки тепло концентрується в одній точці, і надлишок тепла не випромінюється в навколишнє середовище.
Крок 4 – Нанесення шарів і кілька проходів
Лазерне осадження металу (LMD) не обмежується зварюванням, воно також часто використовується для створення компонентів з нуля. Після першого проходу лазера лазерна головка проходить ще один цикл і накладає новий шар матеріалу поверх першого шару. Повторюйте цей процес, поки не досягнете потрібної висоти.
Для адитивного виробництва шари продовжуються, доки не буде створена повна частина. Навпаки, зварювання вимагає лише одного або двох шарів.
Товщина шару та кількість шарів допомагають контролювати кількість нанесеного металу.
Крок 5 – Охолодження та затвердіння
Оскільки тепло є локалізованим, зварювана ділянка також відносно швидко охолоджується, майже одразу після того, як лазер залишає пляму.
Процес LMD передбачає внесення енергії безпосередньо в невелику точку на заготовці. Менші контактні точки означають, що енергія використовується ефективніше, тому лазер може рухатися швидше.
Швидший лазер означає меншу загальну енергію та тепло, що надходять у заготовку. Менше виділення тепла означає швидше охолодження. Швидке охолодження забезпечує додатковий побічний ефект кращої мікроструктури.
7 переваг зварювання лазерним наплавленням
Лазерне осадження металу (LMD) є накопиченням багаторічних досліджень технології адитивного виробництва. Кожен аспект лазерного осадження металу розроблено з однією метою — вдосконалення традиційних процесів.
Ось деякі з найбільших переваг зварювання лазерним напиленням для сучасних виробничих процесів.
1. Швидший час зварювання
Потужний лазер швидко розплавляє заготовку, а контролер ЧПК швидко переміщує лазерну головку з однієї точки в іншу, що призводить до неймовірно швидкого зварювання.
Автоматична подача на стіл забезпечує безперервне зварювання без будь-яких зупинок під час процесу. Зварювання, кероване комп’ютером, також мінімізує помилки, заощаджуючи більше часу на виробництві.
Управління та оптимізація різних параметрів процесу лазерного осадження металу підвищує ефективність зварювання та скорочує час виробництва.
2. Більша точність і контроль
Майже кожна машина для лазерного осадження металу є автоматизованою та керованою комп’ютером, за винятком кількох портативних моделей. Висока точність і контроль дозволяють виконувати більш складні зварні роботи на вищих швидкостях.
Небагато досвідчених зварювальників можуть зрівнятися з точністю та точністю автоматичних лазерних зварювальних апаратів.
3. Вища якість зварних швів
Дрібні частинки порошку наповнювача ефективніше заповнюють щілини, завдяки чому зварювання стає міцнішим. Оскільки все попередньо вимірюється та контролюється комп’ютером, кількість осадженого металу є саме необхідною, тобто маса розплаву залишається постійною протягом усього процесу.
Крім того, внутрішні форсунки використовуються для запобігання утворенню шлаку та окислення металу, а також для видування дрібних фрагментів випарованого металу.
4. Нульове спотворення джерела тепла
Традиційні процеси зварювання вводять велику кількість небажаного тепла в основний матеріал. Невелика кількість тепла передається паяному з’єднанню, а решта просочується в навколишнє середовище, викликаючи деформацію (викривлення) металу.
Лазерне осадження металу — це надзвичайно точний процес, під час якого лазерний промінь розплавляє лише невелику частину заготовки і нічого більше. Процес настільки ефективний, що його часто використовують для зварювання повною поверхнею, оскільки немає необхідності турбуватися про деформацію матеріалу.
Поверхневе зварювання — це процес покриття одного матеріалу іншим матеріалом (або матеріалами) для покращення обробки поверхні та стійкості до зношування.
5. Більш широка сумісність матеріалів
Зварювання стає складнішим, оскільки ви переходите на більш якісні та рідкісні матеріали. Традиційний процес підходить для звичайних матеріалів, таких як залізо, мідь, нержавіюча сталь і навіть алюмінієві сплави. Але є особливі випадки, які стосуються твердих металів, таких як вольфрам, летких металів, таких як магній, і м’яких металів, таких як золото.
Лазерне осадження металів підтримує широкий спектр металів, сплавів і навіть деяких видів кераміки. За допомогою LMD можна зварювати наступні матеріали.
Нікелевий сплав
Карбід вольфраму
магнієвий сплав
чавун
Алюмінієвий сплав
Сплав на основі кобальту
Титановий сплав
мідь
сталь
тощо
6. Зменшити матеріальні відходи
Лазерне зварювання мінімізує відходи матеріалу. Металевий порошок подається в заготовку з контрольованою швидкістю подачі, щоб уникнути надмірного/недостатнього осадження. На відміну від традиційного зварювання, яке використовує присадковий стрижень, зварювання лазерним напиленням використовує безперервний дріт і частинки порошку.
Використовуйте лише необхідну кількість наповнювача, а решту залиште для наступного зварювання.
7. Скоротіть роботу після обробки
Оскільки лазерне осадження металу забезпечує чистіші зварні шви, вам навіть не потрібно виконувати будь-яку додаткову обробку. Під час зварювання не потрібно очищати заготовку дротяною щіткою, шліфувати зайві калюжі або вирівнювати деформації.
Зменшення постобробки може заощадити багато часу на виробництві та значно підвищити продуктивність.