Лазерная микросварка в электронике (1245588), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Лазерное излучение, направленное на поверхность материала, частично отражается от поверхности, а частично поглощается материалом. Вследствие поглощения излучения в обрабатываемом материале начинает действовать интенсивный источник теплоты. По энерговкладу в единицу объема обрабатываемого материала лазерная сварка занимает промежуточное положение между поверхностной термообработкой и резкой. Характер и интенсивность воздействия в первую очередь зависят от плотности мощности лазерного излучения Е (Вт/м2) в зоне обработки, определяемой отношением мощности лазерного излучения Р (Вт) к площади пятна, сфокусированного на поверхности лазерного излучения. При уровнях Е = 108...109 Вт/м2 происходит активный локальный разогрев материала, при котором не наблюдается заметного испарения или разрушения материала. Такие источники нагрева используются для термообработки, наплавки, легирования и сварки металлов небольшой толщины 0,5...1,0 мм.
Наиболее ярко проявляются преимущества лазерной сварки в сравнении с дуговой; основные из них заключаются в следующем.
1. За счет высокой концентрации энергии и малого пятна нагрева объем сварочной ванны при лазерной сварке в несколько раз меньше. Этот фактор положительно сказывается на целом ряде характеристик как сварного шва, так изделия в целом. В первую очередь, снижение в 2...5 раз ширины шва позволяет расширить ассортимент деталей, где ограничены размеры на расположение шва как с точки зрения теплового воздействия, так и компактности. Помимо этого, снижение объема расплава и получения швов с большим отношением глубины проплавления к ширине шва (примерно на порядок по отношению к дуговой сварке) дает возможность уменьшить деформации деталей до 10 раз. Снижение же деформаций в свою очередь приводит к значительной экономии как металла (за счет уменьшения размеров допусков), так и к повышению производительности (за счет экономии времени на правку после сварки). Кроме этого, появляется возможность экономно использовать станочное оборудование, исключив механическую обработку после сварки. Малый объем расплавленного металла и специфическая форма шва также улучшают в целом ряде случаев условия кристаллизации, что повышает свойства сварных швов.
2. Отсутствие электрода, близко расположенного к поверхности сварочной ванны, исключает попадание в нее инородных материалов, что практически во всех случаях наблюдается при дуговой сварке.
3. Острая фокусировка луча и возможность передачи его на значительные расстояния позволяют осуществлять сварку в труднодоступных местах, например в углублениях гофрированных конструкций, внутренних полостей и др.
4. Жесткий термический цикл с высокими скоростями нагрева и охлаждения дает возможность при лазерной сварке, в сравнении с дуговой, существенно сократить зону термического влияния. Это позволяет снизить эффект фазовых и структурных превращений в околошовной зоне, приводящих к разупрочнению, трещине-образованию, снижению коррозионной стойкости и др.
Наряду с рассмотренными преимуществами лазерная сварка имеет некоторые особенности, затрудняющие ее универсальное применение наряду с существующими традиционными методами.
1. Прежде всего это высокая стоимость лазерного оборудования и оснастки. Лазер — это сложный физический прибор и независимо от уровня развития технологии изготовления цена его будет значительно превышать стоимость, например, дуговых источников нагрева. Помимо лазера обязательными элементами установки является оптическая система отклонения и фокусировки, приборы контроля параметров режима и различные манипуляторы. Оптические системы отклонения и фокусировки представляют собой набор металлических зеркал и специальных линз, часто изготовленных из дефицитных дорогостоящих материалов. Стоимость подобных систем достаточно высока. Важной проблемой является обеспечение надежности оптических систем, их стойкости и работоспособности. В частности, предъявляются особые требования к помещениям, где осуществляется лазерная сварка, по запыленности, влажности, вибрации и пр. Средства контроля лазерного излучения также отличаются целым рядом особенностей, оказывающих влияние на относительно высокую стоимость этих приборов и на специфические условия их эксплуатации. Оснастку для лазерной сварки отличает высокая точность, возможность перемещения в широком диапазоне скоростей от 1,0 до 50 мм/с и перекантовки деталей в различные положения. Стоимость рассмотренного комплекса оборудования по сравнению с оборудованием для традиционных методов сварки значительно выше.
2. Лазерную сварку отличает невысокая энергетическая эффективность, так как КПД лазерных установок в редких случаях превышает 10%.
3. К особенностям лазерной сварки, затрудняющим ее внедрение, относится сложность устройств лазерной техники, требующая высокой технической культуры обслуживающего персонала.
4. Наконец, необходимо отметить, что существует целый ряд альтернативных традиционных методов сварки, способных в значительной степени удовлетворить техническим требованиям, которые предъявляются к процессу лазерной сварки. Эти альтернативные технологии в настоящее время часто экономически эффективней лазерной, но главная их конкурентноспособность — это отработанность и внедренность. Эти особенности ограничивают применение лазерной сварки такими специальными случаями, когда использование традиционных методов сопряжено с определенными трудностями. Вопрос о применении лазерной сварки должен решаться в результате всестороннего технико-экономического анализа, рассматривающего альтернативные технологии в динамике их развития наряду с развитием лазерной технологии, а также долгосрочные прогнозы и тенденции развития отраслей машиностроения и народного хозяйства в целом.
1. Kovalenko V. Laser micro and nano manufacturing. – Proceeding of the Fifth Int. Conf. "Beam Technologies & Laser Application", Sept., 2006, Saint-Peterburg, Russia.
2. Кривцун И. Гибридные лазерно-плазменные процессы обработки материалов и интегрированные плазмотроны для их реализации.– Proceeding of the Fifth Int. Conf. "Beam Technologies & Laser Application", Sept., 2006, Saint-Peterburg, Russia.
3. Технологические лазеры. Справочник.Т.1.
4. Илясов А., Рыжкин А., Илясов В. Технология ремонта, восстановления деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки. –Материалы 9-й Междунар. практ. конф.-выставки: в 2 ч. Ч. 1. – СПб.: Изд-во Политехн. Ун-та, 2007.
5. Илясов А., Рыжкин А., Илясов В. Особенности фазообразования при кристаллизации расплава системы Fe-W-C после осаждения в потоках плазмы. – Физика и химия обработки материалов, 2007, № 4.
6. Илясов В. Физическая модель износостойкости металломатричных композиционных материалов. – Вестник ДГТУ. 2008, т. 8, № 2.
7. Илясов А. Электронная структура и химическая связь в карбидах, кристаллизующихся в системе Fe-W-C.– Журнал структурнойхимии, 2008, т. 49, № 5.
8. Григорянц А., Мисюров А., Шиганов И. и др. Исследование технологических особенностей лазерной объемной наплавки. – Proceeding of the Fifth Int. Conf. "Beam Technologies & LaserApplication", Sept., 2006, Saint-Peterburg, Russia.
4
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
