Характерной особенностью сварного соединения, выполненного импульсной лазерной сваркой, является малое сечение шва, то есть малый размер литой зоны. В сочетании с кратковременностью воздействия импульса это приводит к высоким скоростям охлаждения шва и околошовной зоны. Скорости охлаждения в литой зоне составляют 10-5 - 10-6 К/с.
При лазерной сварке деталей малых толщин получают следующие виды соединений: сварка толстого и тонкого материала (лазерный луч смещен в сторону толстого материала), тавровое соединение тонкой детали с массивной (где требуется технологическая отбортовка), приварка тонкой ленты к массивной детали.
Детали малой толщины можно сваривать также газовыми и твердотельными лазерами непрерывного действия мощностью до 1 кВ-А. Лучше всего формируется шов при стыковом соединении тонких деталей. Однако при сборке таких соединений под лазерную сварку предъявляются более жесткие требования: должен быть обеспечен минимальный и равномерный зазор в стыке и практически полное отсутствие смещения кромок.
Сложнее формируется шов при сварке деталей толщиной более 1,0 мм с глубоким проплавлением. Как только плотность мощности лазерного излучения станет больше критической, нагрев металла будет идти со скоростью, значительно превышающей скорость отвода теплоты в основной металл за счет теплопроводности. На поверхности жидкого металла под действием реакции образуется углубление. Увеличиваясь, оно образует канал, заполненный паром и окруженный жидким металлом. Давления пара оказывается достаточно для противодействия силам гидростатического давления и поверхностного натяжения, и полость канала не заполняется жидким металлом. При некоторой скорости сварки форма канала приобретает динамическую устойчивость. На передней его стенке происходит плавление металла, на задней - затвердевание. Наличие канала способствует поглощению лазерного излучения в глубине свариваемого материала, а не только на его поверхности. Формируется так называемое "кинжальное проплавление". При этом образуется узкий шов с большим соотношением глубины проплавления к ширине шва.
Оборудование для лазерной обработки вообще и для сварки в частности (рис. 1) включает в себя следующие основные элементы: источник когерентного излучения – технологический лазер; систему транспортировки, отклонения и фокусировки излучения; систему наблюдения; систему газовой защиты изделия; оснастку для крепления и перемещения изделия; средства контроля параметров процесса.
Рис. 1. Схема лазерной сварочной установки: 1 – технологический лазер; 2 – лазерное излучение; 3 – оптическая система; 4 – обрабатываемая деталь; 5 – устройство для закрепления и перемещения детали; 6 – датчики параметров технологического процесса; 7 – программное устройство; 8 – датчики параметров излучения
Порядок выполнения работы
Ввести исходные данные в соответствии с номеров варианта, заданного преподавателем.
В качестве исходных данных вводятся следующие параметры:
ТПЛ – температура плавления материала; 
- коэффициент теплопроводности; 
- температуропроводность материала; r – толщина материала; А – коэффициент, характеризующий отражательные свойства материала; Pпот – потребляемая мощность лазера; D – диаметр сфокусированного пучка; s – показатель, характеризующий распространение теплового потока внутри материала; f – частота следования импульсов лазерного излучения; L – длина шва.
Все параметры сведены в таблицу. По каждому варианту задания выполняется ввод для трех расчетов при варьировании одним из параметров (r, D, L).
ЗАДАНИЯ (ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ) НА ВЫПОЛНЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
| № варианта | ТПЛ, 0К | ,
Вт/см 0К
| ,
см2/с
| r, см | A | Pпот, Вт | D, см | s | f, с-1 | L, см |
| 1 Al | 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 5; 10 | 0,02; 0,05; 0,07; 0,1; 0,12 | 0,2; 0,5; 1,0; 2,5; 5,0; 10,0; 20,0 | |||||||
| 2 Fe | ||||||||||
| 3 Cu | ||||||||||
| 4 Ag | ||||||||||
| 5 Zn | ||||||||||
| 6 Ti |
Рабочее окно программы:
