ГОСТ EN 1011-6-2017. Межгосударственный стандарт. Сварка. Рекомендации по сварке металлических материалов. Часть 6. Лазерная сварка
Приложение F
(справочное)
ОБРАБОТКА ЛАЗЕРНЫМ ЛУЧОМ
F.1 Резка лазерным лучом
F.1.1 Характеристики
F.1.1.1 Режимы
Резка лазерным лучом представляет собой процесс термической резки, и подвергаемые резанию поверхности подвергаются воздействию температуры, а в некоторых режимах также окислению.
При выполнении резки лазерным лучом используются пучки сравнительно высокой мощности, способные выполнить "замочную скважину" на всю толщину материала. Однако материал, полученный в результате "замочной скважины", не образует металла шва, а удаляется одним или несколькими из следующих способов:
- испарение или разложение материала;
- удаление струей инертных газов, движущейся вдоль оси пучка, и выбрасывание материала со стороны основания обрабатываемой детали;
- окисление основного материала и удаление продуктов окисления струей активного газа (кислорода). Процесс окисления добавляет тепловую энергию.
Распространение тепла является в основном двухмерным. Материал плавится в передней части полости и удаляется с помощью одного (или более) из перечисленных выше процессов.
F.1.1.2 Передача и поглощение энергии
Передача энергии определяется, прежде всего, долей энергии, первоначально поглощаемой поверхностью материала, а затем тонким слоем расплавленного материала внутри реза. Высокая отражающая способность материала может создавать проблемы при его резке, например для алюминия.
Для резки обычно используется импульсный лазерный пучок. Однако могут использоваться также лазеры постоянной мощности.
F.1.1.3 Фокусировка луча
Лазерный луч обычно фокусируется на верхней поверхности основного материала или вблизи ее при выполнении резки с использованием кислорода. Резка с использованием инертных газов требует позиционирования фокусной точки вблизи нижней поверхности. Линзы с двойной фокусировкой могут допускать более высокие скорости резки и/или более точные процессы.
F.1.1.4 Режущие газы
В таблице ниже приведены рекомендации для применяемых режущих газов. Защитные газы не используются, инертные режущие газы предоставляют некоторую защиту.
Таблица F.1
Режущие газы
Газ | Материал |
Воздух | Основное применение для неметаллических материалов, таких как: - ткани; - дерево; - пластмассы; - стекло; - материалы со стекловолокном (композиционные материалы) |
Кислород | Нелегированные и низколегированные стали Медь |
Азот | Легированные стали (например, коррозионностойкие стали) Алюминий Никелевые сплавы |
Аргон или гелий/аргон | Титан Алюминий |
F.1.1.5 Преимущества и недостатки
Резка лазерным лучом имеет ряд преимуществ по сравнению с другими процессами термической резки и гидроабразивной резки:
- точная резка очень хорошего качества может выполняться на высокой скорости;
- может подвергаться резке широкий спектр материалов;
- погонная энергия и деформации достаточно низки.
Основные преимущества по сравнению с механической резкой (резкой ножницами):
- гибкость. Материалы сложной формы могут быть разрезаны на высокой скорости с помощью перенастройки программы;
- отсутствует необходимость применения усилия при выполнении резки. Это может облегчить разработку крепежных приспособлений.
Основные ограничения:
- очень высокие скорости охлаждения могут ухудшить свойства поверхности материала и вызвать микротрещины.
F.1.1.6 Подготовка поверхности
Поверхность должна быть чистой, но резка обычно выполняется без какой-либо специальной подготовки поверхности.
F.2 Сверление лазерным лучом
F.2.1 Характеристики
Сверление практически всегда осуществляется импульсным лазерным пучком с высокой пиковой мощностью. Пиковая мощность должна быть достаточной для выполнения "замочной скважины" в материале. Однако материал, образовавшийся в результате "замочной скважины", не наплавляется в виде сварочного металла, а удаляется главным образом путем испарения или разложения материала.
Лазерный луч обычно фокусируется на поверхности основного материала или вблизи ее.
Могут использоваться защитные газы.
F.2.2 Преимущества и недостатки
Сверление лазерным лучом имеет ряд преимуществ:
- можно сверлить очень большой ряд материалов, очень твердых и хрупких, которые трудно или невозможно обрабатывать механическим способом;
- никаких специальных требований к креплениям, за исключением точности. К обрабатываемой детали не прилагается никаких значительных усилий;
- возможны высокие скорости сверления;
- путем программирования могут достигаться различные глубины и диаметры сверления. Механическое сверление может потребовать замены инструментов;
- не используется смазочно-охлаждающая эмульсия.
Основные ограничения:
- очень высокие скорости охлаждения могут негативно отразиться на свойствах материала поверхности отверстия, в результате чего могут образоваться микротрещины.
Отверстия после сверления получаются слегка конические и не всегда точно круглые.
F.2.3 Подготовка поверхности
Поверхность должна быть чистой, но сверление обычно выполняется без какой-либо специальной подготовки поверхности.
F.3 Обработка поверхности лазерным лучом
F.3.1 Характеристики
Лазерная обработка поверхности выполняется дефокусированным пучком. Распределение энергии должно быть равномерным по всей нагреваемой площади поверхности. Предпочтительно использование отдельных, специально предназначенных для этой цели источников лазерной энергии и/или оптических устройств. Предпочтение отдается источникам постоянной мощности.
Применяются защитные газы. Газ может быть активным или инертным. Азот может использоваться, например, в качестве активного газа, создающего азотирование поверхностного слоя.
F.3.2 Преимущества и недостатки
Обработка поверхности лазерным лучом имеет ряд преимуществ:
- возможна поверхностная обработка локализованных областей практически любой формы;
- нагреванию подвергается только поверхность.
Основные ограничения:
- очень локализованный нагрев. Не годится для термической обработки рабочих поверхностей большой площади.
F.3.3 Подготовка поверхности
Лазерная поверхностная обработка, как правило, выполняется для поверхностей, обработанных машинным способом или отшлифованных без какой-либо окалины и других посторонних материалов.
Поверхность должна быть чистой, обезжиренной и свободной от каких-либо загрязняющих субстанций.
F.4 Характеристики плакирования лазерным лучом
F.4.1 Режимы
Плакирование лазерным лучом представляет собой специальный процесс лазерной сварки, выполняемой в сварочном режиме с использованием расходных материалов.
Лазерное плакирование использует дефокусированный пучок. Распределение энергии должно быть примерно однородным по всей нагреваемой площади поверхности. Предпочтительно использование отдельных, специально предназначенных для этой цели источников лазерной энергии и/или оптических устройств. Предпочтение отдается источникам постоянной мощности.
Применяются защитные газы.
Расходные материалы, как правило, применяются в виде порошка, распределенного по обрабатываемой поверхности, но могут использоваться также проволока и другие материалы.
F.4.2 Преимущества и недостатки
Лазерное плакирование имеет ряд преимуществ:
- возможно плакирование локализованных областей практически любой формы;
- можно наносить несколько слоев. Возможно наращивание (восстановление) деталей;
- погонная энергия ограничена, обычно нагреву подвергается только поверхностный слой.
Основные ограничения:
- очень локализованный нагрев. Не подходит для плакирования больших деталей, для которых, например, дуговая наплавка под флюсом дает высокую скорость наплавки.
F.4.3 Подготовка поверхности
Поверхность должна быть чистой, но плакирование, как правило, осуществляется без какой-либо специальной подготовки поверхности.
F.5 Маркировка и гравировка лазерным лучом
F.5.1 Характеристики
Маркировка и гравировка лазерным лучом представляют собой специальный вид лазерной обработки поверхности. Лазерный луч фокусируется на поверхности и часто используется в импульсном режиме. Материал поверхности испаряется или выгорает.
Защитные газы не используются.
F.5.2 Преимущества и недостатки
Маркировка и гравировка лазерным лучом имеют ряд преимуществ:
- маркировке может подвергаться очень большой спектр материалов;
- нет особых требований к креплениям, за исключением точности. Обрабатываемая деталь не подвергается воздействию значительных усилий;
- возможны очень высокие скорости маркировки;
- гибкость маркировки. Оборудование для лазерной маркировки может быть интегрировано в производственную линию, и каждая обрабатываемая деталь может, например, маркироваться в индивидуальном порядке.
Основные ограничения:
- очень высокая скорость охлаждения может негативно отразиться на свойствах материала в маркированных или гравированных областях.
F.5.3 Подготовка поверхности
Поверхность должна быть чистой, но маркировка, как правило, осуществляется без какой-либо специальной подготовки поверхности.
Подписаться на обновления