Лазерная или электронно-лучевая сварка. Какой процесс для чего лучше всего подходит?

Сторонники лазерной сварки (LBW) и электронно-лучевой сварки (EBW) хвалят свою любимую технологию, но зачастую лучшим решением для клиента является совместное использование обеих технологий. Оба процесса хорошо подходят для соединения деталей сложной геометрии и способны удовлетворить самые строгие требования к металлургическим характеристикам окончательной сборки.

Использование как лазерных, так и электронно-лучевых технологий на одном предприятии может упростить производственный процесс, когда конструкция компонента включает в себя несколько сварных соединений, индивидуально адаптированных для того или иного процесса. Примеры включают датчики, медицинские устройства и продукты, для которых требуется герметизация инертного газа или вакуума внутри готовой детали.

Лазерная обработка требуется, когда размер окончательной сборки слишком велик для сварочной камеры EB, какой-либо компонент сборки несовместим с вакуумной обработкой (например, жидкость или газ), или когда сварной шов недоступен для электронного луча. источник. Электронный луч будет основным выбором, когда законченную сборку необходимо герметизировать с внутренними компонентами в вакууме, когда провары сварных швов превышают 1/2 дюйма, когда материал трудно инициировать лазерное соединение или когда сварной шов не должен подвергаться воздействию атмосферных условий. пока он не остынет до приемлемой температуры.Примерами являются авиакосмическая сварка титана и его сплавов, а также многих тугоплавких металлов, таких как вольфрам, ниобий, рений и тантал.

Источники энергии для лазерной сварки используют либо непрерывную волну (CW), либо импульсный выход фотонов. В системах CW лазерный луч всегда включен во время процесса сварки. Импульсные системы модулируются для выдачи серии импульсов с паузой между этими импульсами. В обоих методах лазерный луч оптически фокусируется на свариваемой поверхности детали. Эти лазерные лучи могут доставляться непосредственно к детали через классическую жесткую оптику или через очень гибкий оптоволоконный кабель, способный доставлять лазерную энергию на удаленные рабочие станции.

Именно высокая плотность энергии лазера позволяет быстро довести поверхность материала до температуры ликвидуса, обеспечивая короткое время взаимодействия луча по сравнению с традиционными методами сварки, такими как GTAW (сварка TIG) и аналогичными процессами. Таким образом, энергии дается меньше времени для рассеивания во внутренней части заготовки. Это приводит к узкой зоне термического влияния и уменьшению усталостной нагрузки на деталь.

Выходную энергию луча можно точно контролировать и модулировать для создания произвольных профилей импульсов. Сварные швы можно создавать путем наложения отдельных импульсов, что снижает подвод тепла за счет введения короткого цикла охлаждения между импульсами, что является преимуществом для сварки термочувствительных материалов.

Салай Стэннард, инженер по материалам компании Joining Technologies, новатор в области компьютерной томографии из Ист-Грэнби в области лазерной наплавки, электронно-лучевой и лазерной сварки, отмечает, что лазеры непрерывного действия могут достигать глубины проникновения до и более 0,5 дюйма, тогда как импульсные лазеры обычно достигают только 0,030 дюйма. -0,045 дюйма. Она говорит: «Эти результаты могут различаться в зависимости от лазерной системы и во многом зависят от выбора параметров обработки и конструкции соединения». На рисунке 1 изображена конструкция системы твердотельной лазерной сварки.

Стэннард добавляет: «Поскольку источником тепла в этом типе сварочного процесса является энергия света, следует учитывать отражательную способность сварочного материала. Например, золото, серебро, медь и алюминий требуют более интенсивных энергозатрат. После плавления отражательная способность снижается, а теплопроводность процесса прогрессирует, достигая проникновения».

Как уже отмечалось, высокая плотность мощности лазера приводит к уменьшению зон термического воздействия и гарантирует сохранность критически важных компонентов. Это имеет особое преимущество для хирургических инструментов, электронных компонентов, сборок датчиков и многих других прецизионных устройств. В отличие от EBW, LBW не генерирует рентгеновские лучи, и им легко манипулировать с помощью автоматизации и робототехники. Как правило, LBW предъявляет более простые требования к инструментам и не имеет физических ограничений, связанных с вакуумной камерой. Сокращение времени цикла приводит к снижению затрат без ущерба для качества. В таблице 1 перечислены преимущества непрерывной и импульсной LBW.