2. Лазерная сварка

Лазер представляет собой генератор электромагнитных волн в широком диапазоне, характеризующихся высокой степенью монохроматичности и высокой когерентностью. Благодаря этим качествам лазерное излучение можно сфокусировать на чрезвычайно малую площадь, теоретически соизмеримую с квадратом длины волны излучения. При этом в современных лазерных системах достигаются рекордные уровни концентрации энергии.

Лазерное излучение обеспечивает высокую концентрацию энергии, значительно превосходящую другие источники энергии, применяемые при сварке.

Лазерная сварка осуществляется в широком диапазоне режимов, обеспечивающих высокопроизводительный процесс соединения различных металлов толщиной от нескольких микрометров до десятков миллиметров.

Коэффициент формы шва (отношение глубины проплавления к ширине шва) является равным 15…20.

Преимущества лазерной сварки:

Важнейшим преимуществом лазерной сварки твердотельными лазерами является возможность очень точной дозировки энергии, поэтому удается обеспечить получение качественных соединений при изготовлении очень мелких деталей.

Для мощных газовых лазеров преимуществом является получение большой глубины проплавления при малой ширине шва. Это позволяет уменьшить зону термического влияния, сократить сварочные деформации и напряжения.

Кроме того, лазерная сварка обладает рядом преимуществ, не присущих другим способам сварки. Лазер может быть расположен на достаточно большом удалении от места сварки, что в ряде случаев дает существенный экономический эффект. Например, известна установка для лазерной сварки при ремонте трубопроводов, проложенных по дну водоема. Внутри трубы перемещается тележка с вращающимся зеркалом. Лазер же находится у конца секции трубопровода и посылает луч внутри трубы. Это позволяет осуществлять лазерную сварку, не снимая с трубопровода балласт и не поднимая его на поверхность.

Легкость управления лазерным лучом с помощью зеркал и волоконной оптики позволяет осуществлять сварку в труднодоступных, иногда не находящихся в пределах прямой видимости местах. Возможна также лазерная сварка нескольких деталей от одного лазера расщепленным с помощью призм лучом.

Недостатки технологии

Недостатками лазерной сварки являются высокая сложность и стоимость оборудования, низкий КПД лазеров. По мере развития лазерной техники эти недостатки устраняются.

2. Электронно-лучевая сварка

Сущность электронно-лучевого воздейст­вия состоит в преобразовании кинетической энергии направленного пучка электронов в зоне обработки в тепловую. Электронно-луче­вая сварка (ЭЛС) осуществляется расплавлени­ем кромок основного металла остросфокусированным потоком электронов, ускоренных элек­трическим полем с разностью потенциалов > 10 – 100 кВ. Металл шва так же, как и при дру­гих методах сварки плавлением, имеет литую структуру.

Основные преимущества электронно-лучевой сварки:

1. высокая концентрация ввода теплоты в изделие, которая выделяется не только на поверхности изделия, но и на некоторой глубине в объеме основного металла. Фокусировкой электронного луча можно получить пятно нагрева диаметром 0,0002 ... 5 мм, что позволяет за один проход сваривать металлы толщиной от десятых долей миллиметра до 200 мм. В результате можно получить швы, в которых соотношение глубины провара к ширине до 20:1 и более. Появляется возможность сварки тугоплавких металлов (вольфрама, тантала и др.), керамики и т.д. Уменьшение протяженности зоны термического влияния снижает вероятность рекристаллизации основного металла в этой зоне;

2. малое количество вводимой теплоты. Как правило, для получения равной глубины проплавления при электронно-лучевой сварке требуется вводить теплоты в 4 ... 5 раз меньше, чем при дуговой. В результате резко снижаются коробления изделия;

3. отсутствие насыщения расплавленного и нагретого металла газами. В целом ряде случаев наблюдается дегазация металла шва и повышение его пластических свойств. В результате достигается высокое качество сварных соединений на химически активных металлах и сплавах, таких как ниобий, цирконий, титан, молибден и др. Хорошее качество электронно-лучевой сварки достигается также на низкоуглеродистых, коррозионно-стойких сталях, меди и медных, никелевых, алюминиевых сплавах.

Недостатки электронно-лучевой сварки:

1) Возможность образования несплавлений и полостей в корне шва на металлах с большой теплопроводностью и швах с большим отношением глубины к ширине;

2) Для создания вакуума в рабочей камере после загрузки изделий требуется длительное время;

3) Дороговизна оборудования.

Анализируя приведенные выше преимущества и недостатки возможных способов сварки, для проведения технико-экономического анализа выберем следующие:

1 электронно-лучевая сварка в вакууме (Базовый вариант);

2 электронно-лучевая сварка в вакууме на разработанном приспособлении;

3 лазерная сварка.