Лазерная сварка труб: преимущества технологии
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голоса(ов))

Лазерная сварка труб

Лазерная сварка труб

Вопросы, рассмотренные в материале:

  • Принцип лазерной сварки труб
  • Преимущества и недостатки лазерной сварки труб
  • Рабочие параметры лазерной сварки
  • Комплектация оборудования для лазерной сварки труб
  • Виды лазерной сварки

Лазерная сварка труб – технология, которая появилась сравнительно недавно, но уже успела стать востребованной и доказать свою эффективность. В отличие от обычных способов соединения кромок деталей путем расплава, она обеспечивает большую скорость производства при более высоком качестве сварного шва.

Используются как ручные, так и автоматизированные установки с разными типами лазеров. Из нашего материала вы узнаете об основных нюансах применения лазерной сварки труб, преимуществах и недостатках технологии, видах используемого оборудования.

 

Принцип лазерной сварки труб

В последнее время увеличение объемов прокладывания и ремонта трубопроводных магистралей, а также повышение требований к качеству соединения труб заставляют постоянно работать над развитием технологий сварки и модернизацией оборудования.

Принцип лазерной сварки труб

С появлением в промышленности высокопроизводительных волоконных лазерных установок уровень развития технологий обработки металлов значительно вырос. С применением лазерной сварки труб появилась возможность достигать высокого качества сварных швов благодаря следующим техническим характеристикам:

  • процесс осуществляется в режиме глубокого («кинжального») плавления;
  • сварка производится на высокой скорости;
  • зона термического влияния (ЗТВ) и объем расплавленного металла незначительны.

Кроме того, волоконные лазерные установки передают излучение на большое расстояние от источника, а движение луча может происходить практически по любой траектории.

Рабочие режимы лазерной сварки труб легко автоматизировать и адаптировать к любым производственным линиям.

Еще одним важным преимуществом можно считать возможность сваривания элементов за один технологический проход без разделки кромок.

При этом образуется плотный шов без дефектов, присущих другим сварочным технологиям (к примеру, пористости, которой подвержены алюминий и сплавы на его основе).

Появление пористости в теле шва снижает толщину его фактического сечения, что может негативно отразиться на эластичности и прочности готового изделия.

Действующие нормативы ГОСТ допускают наличие равномерного распределения пористости для дуговой сварки не более 20 % включительно. К примеру, такой же показатель для лазерной сварки труб не превышает 0,8 %.

Лазерная технология вообще исключает пористость по причине разницы физических принципов, которые лежат в основе сварочного процесса, так как не требуется применения электродов, формирования дуги. Кроме того, имеются много других важных отличий.

В основе технологии лазерной сварки труб с кольцевыми неповоротными стыками используется сварная обработка корня в режиме глубокого проплавления (при первом проходе параметр притупления может достичь 8 мм) и заполнение разделки с углом раскрытия 2° с помощью присадочной проволоки. Такой способ позволяет снизить более чем в 3 раза объем наплавляемого металла по сравнению с дуговой сваркой с узкой перетачиваемой разделкой поверхностей кромок.

Использование волоконного лазера как источника тепла с высокой концентрацией и малым углом раскрытия кромок дает возможность проводить сварку со значительно большей скоростью, чем при любом другом аналогичном автоматическом процессе. Кроме того, на лазерное излучение не влияют магнитные поля труб, исключается потребность в механической осцилляции горелки, которая свойственна электродуговой сварке.

Преимущества и недостатки лазерной сварки труб

Применение лазерной сварки позволяет получать сварные соединения при отсутствии таких дефектов, как большой объем шлака, пористость, долгое остывание готовой детали, большая площадь нагрева участка соединения, которые свойственны другим методам.

Преимущества и недостатки лазерной сварки труб

Лазерная сварка труб имеет особые преимущества:

  • Большая мощность оборудования позволяет обеспечивать высокую скорость выполнения работ. Это позволяет избежать большого нагревания области соединения элементов, что дает гарантию качества поверхности с минимальным риском расслаивания обрабатываемых материалов и коробления (деформации).
  • Лазерный луч передается по оптоволокну, следовательно, сварку можно проводить на большом расстоянии от лазерного источника и в любом труднодоступном месте со сложной формой детали.
  • Можно производить как сварку, так и резание металла, что особенно важно для крупных металлообрабатывающих предприятий.
  • Достигается высокое качество сварного шва, в том числе и при точечной сварке.
  • Простой контроль процесса позволяет управлять скоростью во время выполнения операции.
  • Технология применима для сварки других материалов, к примеру, термопластов, керамики, магнитных сплавов и т. д.
  • Небольшая площадь стыкового сварочного шва.
  • Безопасность процесса, так как отсутствуют рентгеновское излучение и выделение вредных продуктов сгорания.
  • Сварку детали можно произвести через прозрачный экран.

При переходе на новое изделие или при смене материала для изменения настроек оборудования затрачивается минимальное время.

Нет ни одной идеальной технологии. Помимо плюсов у лазерной сварки труб существуют и некоторые недостатки:

  • Из-за высокой стоимости оборудования, запчастей и расходных материалов такая технология применяется только на крупных производствах.
  • Ограничения по КПД: у твердотельных установок – коэффициент полезного действия не превышает 1 %, а газовых – может составить максимум 10 %.
  • Проведение работ на оборудовании требует специальной подготовки и уровня квалификации.
  • Свойство изделия отражать световой поток отражается на эффективности работы оборудования.
  • К помещениям, в которых размещено и эксплуатируется оборудование, предъявляются особые высокие требования: показатель влажности, запыленность (чистота воздуха) и уровень вибрации.

Несоблюдение правил по эксплуатации оборудования может стать причиной получения ожогов оператором.

При проведении сварочных работ могут возникнуть следующие дефекты шва: образование шлака, раковин, сквозных отверстий, непроваренных участков, пустот и трещин. В основном это происходит из-за низкой квалификации обслуживающего персонала либо неточной настройки оборудования, а также при нарушениях контроля рабочего процесса.

Рабочие параметры лазерной сварки

Существует несколько параметров, по которым осуществляется лазерная сварка труб.

Рабочие параметры лазерной сварки

По глубине проплавляемого слоя лазерная сварка подразделяется на следующие виды:

  • микросварка – при проплавлении на глубину до 0,1 мм;
  • минисварка – от 0,1 до 1,0 мм;
  • макросварка – при плавлении материала по линии шва с глубиной более 1 мм.

По площади контакта свариваемых заготовок:

  • Шовное сваривание – является наиболее востребованным способом при работе с нержавеющими материалами и трубами. Формируемый шов довольно надежный, несмотря на его маленькую площадь.
  • Точечное сваривание – наиболее востребованный способ при операциях с мелкими деталями (до 100 мкм включительно). Чаще всего применяется в радиоэлектронной промышленности.

Помимо этого, используется для сварки тонкостенных материалов. Для этого необходимо перед запуском процесса лазерной сварки выставить базовые режимы для обеспечения заданной глубины плавления.

По видам выполнения лазерная сварка разделяется на:

  • Стыковую. Операция проводится без применения флюса и присадок. При этом стык между свариваемыми элементами составляет не более 0,2 мм.

Технология заключается в «кинжальном» проплавлении соединяемых заготовок на всю толщину. При этом интенсивность излучения не превышает значения 1 мВт/см².

Такой способ сварки требует обязательного предохранения формируемого шва от окисления (для этой цели используют азот, аргон или инертные газы). Применение гелия позволяет избежать возможных пробоев материала.

  • Сварка внахлест. Такой способ предусматривает укладку краев подготовленных листов один на другой и соединение их с помощью мощного излучения лазера.

При таком варианте выполнения необходимо предварительно локально закрепить элементы для сварного соединения. Величина зазора между их поверхностями не должна превышать 0,2 мм.

Для более высокого качества шов следует выполнить дважды.

Комплектация оборудования для лазерной сварки труб

По оснащению автоматическими устройствами сварочные лазерные установки подразделяются всего на два вида: ручные и автоматические.

Первый тип применяют преимущественно на средних или малых металлообрабатывающих предприятиях. Термин «ручная» не означает, что процесс сварки производится только с помощью рук. Размеры сварочного аппарата довольно внушительные. Большинство моделей оснащаются колесными парами для перемещения и установки на другое место.

Комплектация оборудования для лазерной сварки труб

Второй вариант используют исключительно на крупных промышленных производствах, в первую очередь в машиностроительной и судостроительной отраслях по причине высокой стоимости оборудования.

Промышленные лазерные сварочные установки всегда обладают одинаковой комплектацией, в которую входят:

  • Система охлаждения.
  • Источник питания.
  • Оптический резонатор.
  • Система управления мощностью лазера, его фокусировкой и перемещением.
  • Система подачи газов, которая используется для защиты поверхностей свариваемых поверхностей (или элементов).
  • Блок передвижения заготовки и луча.
  • Блок фокусирования.
  • Сварочная головка, оснащенная линзой.
  • Технологический лазер (твердотельный или газовый).

Аппараты лазерной сварки труб и других металлических изделий могут оборудоваться CCD-мониторами или микроскопами, с помощью которых легче контролировать рабочие процессы, связанные с ремонтными работами (пайкой, сваркой) заготовок очень маленьких размеров.

Поставка сварочного оборудования может происходить в нескольких компоновках. Существуют и портальные или консольные установки, могут быть манипуляторы-роботы. Управлять оборудованием можно посредством автоматов (оснащенных системами с ЧПУ), так и вручную (с применением выносного пульта). В первом варианте предусмотрено применение специальных программ, а при втором – управление перемещением, скоростью и рабочим процессом закрепляется за оператором.

Промышленное оборудование оснащается одним из двух видов лазера: твердотельным или газовым либо применяется смешанный вариант.

Виды лазерной сварки

По виду сварочные установки подразделяются на твердотельные и газовые лазеры:

  • Твердотельные, в основе которых трубка, имеющая внутри отражающую поверхность – зеркало насыщения.

Твердотельная лазерная сварка труб производится с помощью электродов специального назначения. Они могут быть рубиновыми или стеклянными, с добавлением неодима.

Виды лазерной сварки

Мощность такой установки не превышает 6 кВт. Поэтому твердотельная лазерная сварка может применяться только для сваривания металлических заготовок небольшой толщины.

С помощью такой лазерной установки можно сваривать золото, нихром, тантал или расплавить проволоку толщиной меньше 1 мм и произвести точечную сварку тонких фольгированных деталей.

Внутри трубки устанавливается рубиновый стержень трубчатой цилиндрической формы, который и выполняет функцию преломляющей линзы для образования лазерного луча.

К внешнему контуру подводятся токи возбуждения. Их также подают и на лампу, которая воспроизводит высокочастотные кратковременные световые импульсы, аккумулируемые рубиновой трубкой.

Вслед за этим внутри рубинового стержня появляется лазерный пучок с высокой ионизацией. Далее лазерный луч выходит с помощью направленного магнитного поля.

Отличительной чертой лазерной сварки является маленькая мощность лазерного луча, поэтому их используют для обработки только малогабаритных и легкоплавких деталей.

Такие лазеры активно применяются в сфере микроэлектроники: при производстве микрораспределителей, микросхем, тиристоров и диодов.

  • Газовые лазерные установки обладают значительно большей мощностью. Их отличие от твердотельных лазеров в том, что во внутреннее пространство отражательной трубки закачивается смесь ионизирующего газа, преимущественно СО2 + N2 + Не.

Установки газовых лазерных сварок намного мощнее твердотельных, поэтому их область применения значительно шире. Здесь функцию электродов выполняет аргон. Большие габариты и вес являются существенными минусами таких лазеров.

Тем не менее, такие установки обладают большой мощностью, которая может достигать 20 кВт. Фактически такой аппарат способен сваривать элементы со скоростью до 60 м/ч без ее снижения.

К самым внушительным типам лазеров относятся газодинамические. Для того чтобы газ начал функционировать, его необходимо разогреть до возникновения ультравысокого давления. Такое оборудование способно варить металлы со скоростью 200 м/ч.

Газодинамические лазеры используются только на производствах с большим масштабом продукции.

С помощью таких установок можно сварить нержавейку, стекло, алюминий. Такое оборудование имеет широкую область применения. Однако здесь стоит учесть один немаловажный момент.

Область сварки при работе с лазером необходимо защищать от воздействия кислорода, так как это может негативно отразиться на качестве шва. Из-за того, что испарение металла происходит мгновенно, световой пучок рассеивается стремительно.

Чтобы этого не произошло, следует для угнетения плазмы подавать газ. Эту функцию выполняет гелий, потому что он не препятствует аргону и не допускает рассеивания лазера.

Виды лазерной сварки

Для лазерной сварки труб соединяют аргон и гелий в равной пропорции, тем самым одновременно используя две функции: подавляющую и защитную.

Принцип работы такой лазерной установки не сложен: в трубку устанавливаются два электрода, являющиеся возбудителями возникновения направленного заряда лазера в среде газа.

Лазерным лучом управляют магнитные поля высокой мощности.

Для защиты от перегрева рабочей полости с азотом из-за импульсного воздействия электродов такое сварочное оборудование оснащается водяной системой охлаждения.

Газодинамический лазер по своему устройству подобен обычной газовой лазерной установке, но отличие его в том, что газ при номинальной температуре +10 000 °С подают через отверстие сопла Лаваля, в котором происходит его ионизация и превращение в лазерный поток ионов газа.

В промышленности, помимо газовых и твердотельных установок, применяют гибридные (комбинированные) лазерные установки. Они предназначены для соединения заготовок с толщиной стенок более 2 см.

Помимо стандартного перечня оснащенности, устанавливают электродуговую горелку и механизм с подачей заготовок в сварочную ванну.

Лазерная сварка труб является популярной и современной технологией, предназначенной для качественного и прочного соединения различных металлов. Однако прежде чем приступить к работе с таким оборудованием, необходимо внимательно ознакомиться с важными особенностями и технологическими принципами данного процесса, от этого зависит качество готового изделия. Кроме того, необходимо обладать определенными навыками, знанием и опытом.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

  • цветные металлы;
  • чугун;
  • нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

  • Как работает лазерная резка: разбираемся в технологии

    Как работает лазерная резка: разбираемся в технологии

    Понимание того, как работает лазерная резка, необходимо для проведения работ этим способом или их оценки. Также необходимо знать предъявляемые требования качества к лазерному раскрою, допустимые отклонения по размерам и шероховатости. Помимо вышеперечисленного, лазерная резка некоторых металлов имеет свои особенности, так же для проведения этих работ нужны определенные знания по настройке оборудования. Только все это вместе поможет получить качественные изделия.
  • Порошковая покраска металлических изделий: все, что вы хотели знать

    Порошковая покраска металлических изделий: все, что вы хотели знать

    Чтобы изделия и их составляющие (детали) были защищены от негативного влияния внешних факторов и выглядели эстетично, они должны пройти покраску. Что получится в итоге, полностью зависит не только от слоя краски и качества материалов, но и от используемых технологий. На смену привычного жидкостного способа покраски пришла порошковая покраска металлических изделий, которая все чаще используется на современных производственных предприятиях.
  • Современные виды и особенности сварки металлов и их преимущества

    Современные виды и особенности сварки металлов и их преимущества

    Сварка – эффективный и качественный способ неразъемного соединения металлических изделий. С древних времен люди использовали эту технологию для обработки легкоплавких металлов, изготовления и ремонта металлических предметов. Научно-технический прогресс привел к широкому распространению и усовершенствованию метода сварочного соединения, были изобретены различные современные виды сварки металлов. О них мы и расскажем в этой статье.
  • Принцип аргонной сварки: технология производства работ

    Принцип аргонной сварки: технология производства работ

    Аргонодуговая сварка отличается от всех остальных видов тем, что в данном процессе используется электродуга с аргоном в качестве защитной среды. Инертный газ подается в первую очередь, чтобы защитить металлы на время обработки от контакта с кислородом. Из этой статьи вы узнаете основной принцип аргонной сварки, а также о том, в каких случаях его используют.
  • Основные свойства алюминия: области применения

    Основные свойства алюминия: области применения

    Основные свойства алюминия делают этот материал по-настоящему универсальным и ценным. Его используют во всех видах промышленного производства, в сельском хозяйстве, в быту, в коммерции. Обладает огромным количеством преимуществ по отношению к стали и другим видам металла. Самые популярные сферы применения алюминия – изготовление металлоконструкций и металлообработка. О том, какие свойства металла и где конкретно они нашли свое применение, читайте далее.
  • Технология цинкования металла: обзор современных методов

    Технология цинкования металла: обзор современных методов

    Цинкование относится к анодным покрытиям металла, когда на обрабатываемую поверхность наносится материал, имеющий меньший электродный потенциал. Этот способ промышленной обработки металлических поверхностей является очень распространенным методом защиты металла от негативного воздействия окружающей среды. Технология цинкования металла зависит от параметров обрабатываемого изделия и предлагаемых условий эксплуатации. В нашей статье мы подробно разберем все разновидности и особенности этой технологии.
  • Как работает плазменная резка: технология, возможности, преимущества

    Как работает плазменная резка: технология, возможности, преимущества

    Сегодня многие интересуются, как работает плазменная резка, в чем отличие технологии от традиционных методов обработки металла и других материалов. Простые обыватели и даже некоторые специалисты сомневаются в необходимости использования плазмы, считая, что любые сварочные работы по-прежнему можно выполнять с помощью традиционного газа. В данном материале мы постараемся доступным языком объяснить, что такое плазморез, как он работает, в чем его преимущества перед лазером и газовой сваркой. После этого у вас вряд ли останутся сомнения в эффективности резки металла с помощью плазмы.
  • Какая полуавтоматическая сварка лучше – с газом или без?

    Какая полуавтоматическая сварка лучше – с газом или без?

    Какая полуавтоматическая сварка лучше – с использованием газа или без него? Ответить на эти вопросы достаточно сложно. У каждой технологии есть свои достоинства и недостатки, поэтому тот или иной метод лучше использовать в зависимости от конкретной ситуации. Вообще, сварка полуавтоматом, причем любым из способов, на сегодняшний день является одним из самых востребованных видов металлообработки. Но чтобы правильно воспользоваться ее преимуществами, нужно иметь представление о технологических нюансах каждого метода.
  • Все о технологии электродуговой сварки

    Все о технологии электродуговой сварки

    Сварка тяжелых металлических конструкций чаще всего осуществляется при помощи электрической дуги. Таким образом удается быстро получить швы высокой прочности, что является необходимым условием для качественного монтажа элементов конструкции и ее надежности. Сегодня технология электродуговой сварки активно используется в строительстве и в металлургической промышленности.

Экспресс расчет
стоимости заказа

Узнайте предварительную стоимость заказа,
отправив нам необходимую информацию:

Россия, Москва, 2-й Котляковский переулок, 18

Заказать звонок

Узнайте предварительную стоимость заказа,
отправив нам необходимую информацию:

Акция