ריתוך בלייזר

בשיטת ריתוך הלייזר משתמשים בקרן אור מרוכזת בצפיפות אנרגיה גבוהה (קוטר אלומה 0.1 ... 2 מ"מ) לחיבור חלקים. על פי סוג קרן האור, ריתוך לייזר יכול להיות דופק ורציף. מפרקים נקודתיים מרותכים בצורה דופקת, עבור תפרים מתמשכים נעשה שימוש בקרינה דופקת-מחזורית או מתמשכת. ריתוך דופק משמש גם כאשר יש צורך להבטיח דפורמציות מינימליות מחימום טמפרטורה ודיוק גבוה, באופן רציף - לריתוך מהיר בייצור סדרתי או המוני.

ריתוך לייזר משמש לחיבור חומרים שונים: פלדה, טיטניום, אלומיניום, מתכות עקשנות, נחושת, סגסוגות מתכות, מתכות יקרות, בי-מתכות, בעובי של עשרות עד מספר מילימטרים. עם זאת, ריתוך לייזר מתכות רפלקטיביות כגון אלומיניום ונחושת הוא מעט קשה. ריתוך לייזר של מתכות מוצג באיור. 2.

ריתוך מתכות פעילות מתבצע באמצעות גז מגן בצורת סילון המכוון לאזור החשיפה לאלומת האור.

תמונה 1 - ריתוך בלייזר מוצק: 1 - מדיום פעיל (אודם, נופך, ניאודימיום), 2 - מנורת משאבה, 3 - מראה אטומה, 4 - מראה שקופה, 5 - סיב אופטי, 6 - מערכת אופטית, 7 - פירוט, 8 - קרן לייזר בנקודת המיקוד, 9, 10 - מפצלי קרן לייזר.

תמונה 2 - ריתוך חומרים

על פי עומק החדירה, ישנם שלושה סוגים של ריתוך לייזר:

1) ריתוך מיקרו (פחות מ-100 מיקרון),

2) ריתוך מיני (0.1 ... 1 מ"מ),

3) ריתוך מאקרו (יותר מ-1 מ"מ).

מכיוון שעומק החדירה בדרך כלל אינו עולה על 4 מ"מ, ריתוך לייזר נמצא בשימוש נרחב בעיקר בייצור כלים מדויקים, בייצור מכשירים אלקטרוניים, שעונים, בבניית מטוסים, בתעשיית הרכב, בריתוך צינורות, וכן נעשה בו שימוש נרחב ב תעשיית התכשיטים.

לפני ריתוך קת וחפיפה, ודא רווח של 0.1 ... 0.2 מ"מ. עם פערים גדולים עלולים להתרחש שחיקה וחוסר סינתזה.

הפרמטרים העיקריים של מצב ריתוך הלייזר הם:

1) משך הדופק והאנרגיה,

2) תדר דופק,

3) קוטר קרן האור,

4) המרחק מהחלק הקטן ביותר של האלומה הממוקדת אל פני השטח,

5) מהירות ריתוך. זה מגיע ל-5 מ"מ לשנייה. כדי להגביר את המהירות, תדירות הדופק מוגברת או משתמשים במצב רציף.

התעשייה משתמשת בשני סוגי לייזרים לריתוך בלייזר:

1) מצב מוצק - לייזרים רובי, ניאודימיום ו-YAG (מבוסס על נופך אלומיניום איטריום);

2) לייזרים CO2 גז.

לאחרונה הופיעו גם מכונות ריתוך בלייזר, שהמרכיב הפעיל שלהן הוא סיב אופטי העשוי מקוורץ.לייזרים כאלה מאפשרים ריתוך של חומרים "בעייתיים" - נחושת ופליז עם רפלקטיביות גבוהה, טיטניום.

היכולות של מכונות ריתוך לייזר שונות מוצגות בטבלאות 1 ו-2.

דוגמאות למצבי ריתוך לייזר בגז CO2 מוצגות בטבלה 3.

טבלה 1 - עובי יריעת וכוח לייזר ריתוך

טבלה 2 - ישימות של לייזרים

טבלה 3 - מצבי ריתוך קת בלייזר בלייזר גז

קוטר קרן הלייזר הוא בדרך כלל 0.3 מ"מ. ריתוך קת המרותך בקורה קטנה מ-0.3 מ"מ עלולים להיות בעלי חוסר הידבקות וחוסר חדירה. ריתוך בלייזרים עד 10 קילוואט נעשה בדרך כלל ללא מילוי.

בשל השטח הקטן המושפע מחום במהלך ריתוך הלייזר, הריתוך מתקרר מהר מאוד. יכולות להיות לכך השלכות שליליות וחיוביות על איכות המפרק המרותך. מתכות רבות נותנות את התכונות הפיזיקליות והמכניות הטובות ביותר עם קירור מהיר של המפרקים. עם זאת, כאשר ריתוך נירוסטה, זה יכול להוביל לשבר ריתוך. הגדלת רוחב הדופק ל-10 אלפיות השנייה וחימום מוקדם עוזרים לחסל תופעה זו.

עם בחירה נכונה של חומרי ומצבי ריתוך, ריתוך לייזר מייצר תפרים באיכות הגבוהה ביותר.

ניתן לחלק את מערכות הלייזר ל-3 קטגוריות:

1) התקני מארז. במכשירים כאלה, חלקי העבודה ממוקמים בחלל סגור מיוחד המכיל אווירה ניטרלית מגינה וקרן לייזר. הרתך יכול לשלוט ולפקח על תהליך הריתוך באמצעות מערכת אופטית מיוחדת.

2) מכשירים המיועדים לריתוך חיצוני.לקרן הלייזר מספר דרגות חופש והיא מייצרת תנועות מתוכנתות. אזור הריתוך מוגן על ידי זרימת גז.

3) מכשירים המיועדים לריתוך לייזר ידני. לפידי לייזר דומים מאוד ללפידי ריתוך TIG. קרן הלייזר מועברת ללפיד באמצעות סיב אופטי. במהלך הריתוך, הרתך מחזיק את לפיד הלייזר ביד אחת ואת חומר המילוי ביד השנייה.

טבלה 4 - השוואה בין סוגים שונים של ריתוך לייזר

היתרונות של ריתוך לייזר כוללים:

1) אזור קטן של השפעה תרמית של קרן הלייזר על החומר וכתוצאה מכך עיוותים תרמיים לא משמעותיים;

2) אפשרות לריתוך במקומות שקשה להגיע אליהם, בסביבה שקופה לקרינת לייזר (זכוכית, נוזלים, גזים);

3) ריתוך של חומרים מגנטיים;

4) קוטר קטן של קרן האור, אפשרות לריתוך מיקרו, תפר ריתוך צר עם מאפיינים אסתטיים טובים;

5) היכולת להפוך את התהליך לאוטומטי;

6) מניפולציה גמישה של קרן האור באמצעות שידור אופטי;

7) הרבגוניות של ציוד לייזר (אפשרות השימוש לריתוך וחיתוך לייזר, סימון וקידוח);

8) אפשרות לריתוך חומרים שונים.

החסרונות של ריתוך לייזר:

1. עלות גבוהה ומורכבות של ציוד לייזר.

2. דרישות גבוהות להכנה, ניקוי קצוות ריתוך.

3. חוסר אפשרות לריתוך חלקים בעלי דופן עבות, כוח לא מספיק.הגדלת כוחם של לייזרים ריתוך מוגבלת על ידי העובדה שעם השפעה חזקה יותר של קרן הלייזר על המתכת, היא מפוזרת באופן אקטיבי באזור הריתוך, מה שפוגע במערכת האופטית של המכשיר ומנטרל את הלייזר תוך מספר שעות .