Laser Welding vs. Traditional Welding: A Head-to-Head Comparison

Зварювальні технології застосовуються повсюдно - від розкішних мостів до складних електронних компонентів. З постійним розвитком технологій, методи зварювання також постійно вдосконалюються. Лазерне зварювання, як нова технологія високоенергетичного променевого зварювання, поступово з'являється в різних галузях завдяки своїй високій точності, високій ефективності та низькій деформації, створюючи значний виклик традиційним методам зварювання.

У цій статті ми розглянемо порівняння лазерного зварювання з традиційними методами зварювання, надамо детальне пояснення з різних точок зору, зокрема принципів роботи, переваг і недоліків, а також сфер застосування. Це допоможе вам отримати більш повне уявлення про переваги та обмеження лазерного зварювання та інших методів зварювання, а також стане орієнтиром для вибору відповідного методу зварювання для різних галузей промисловості.

Як працює лазерне зварювання?

Лазерне зварювання використовує лазер як джерело тепла для нагрівання матеріалів, в результаті чого вони плавляться і з'єднуються разом. Завдяки чудовій монохроматичності та спрямованості лазерного випромінювання, його можна легко сфокусувати в дуже тонку пляму з надзвичайно високою щільністю енергії в межах цієї плями. Тому основною характеристикою лазерного зварювання є високе відношення глибини до ширини зварного шва.

Лазерне зварювання може виконуватися в атмосфері, а іноді використовується захисний газ, залежно від вимог до обробки. Лазери можуть зварювати матеріали з високою температурою плавлення, а в деяких випадках - різнорідні матеріали.

З розвитком промислових лазерів, технологій керування та верстатів волоконно-лазерні зварювальні апарати стають меншими, компактнішими, ефективнішими, довговічнішими та надійнішими. Вони оснащені комп'ютерами, обертовими лінзами, багатоканальним розщепленням променя і оптоволоконною передачею для підвищення операційної гнучкості та рівня автоматизації.

Переваги лазерного зварювання

Короткий час лазерного опромінення та дуже швидко процес зварювання

Це не тільки підвищує продуктивність, але й запобігає легкому окисленню зварюваного матеріалу. Зона термічного впливу невелика, що робить його придатним для зварювання високочутливих транзисторних компонентів. Лазерне зварювання не утворює шлаку і не вимагає видалення оксидної плівки з заготовки. Зварюванням можна зварювати навіть скло, що робить його зокрема підходить для зварювання в мініатюрних прецизійних інструментах.

Зварювання різнорідних матеріалів

Лазери можуть зварювати не лише однотипні металеві матеріали, а й різнотипні, і навіть металеві та неметалеві матеріали. Наприклад, використання кераміки як основи для інтегральних схем є складним завданням з інші методи зварювання через високу температуру плавлення кераміки та недоцільність застосування тиску. Однак лазерне зварювання робить це відносно легко. Звичайно, лазерне зварювання не може з'єднати всі різнорідні матеріали.

Високий ступінь автоматизації

Лазерне зварювання легко автоматизувати та розумно контролювати. Завдяки системам ЧПУ і роботизованим технологіям можна досягти високоточних і високоефективних зварювальних процесів, зменшуючи ручне втручання, підвищуючи продуктивність і знижуючи витрати на робочу силу.

Які існують найпоширеніші методи зварювання? Чим вони відрізняються один від одного?

Розуміння принципів роботи та характеристик традиційних методів зварювання допомагає зрозуміти відмінності між лазерним зварюванням та іншими методами зварювання, а отже, визначити відповідний метод зварювання для ваших потреб.

Дугове зварювання

Дугове зварювання використовує інтенсивну електричну дугу, що утворюється між електродом і металевою заготовкою, як джерело тепла. Висока температура дуги плавить електрод і металеву заготовку локально. Присадний метал в електроді також плавиться і потрапляє в розплавлену ванну. Після того, як розплавлений басейн охолоне і застигне, він утворює зварювальний шов, що з'єднує електрод і заготовку.

Існує багато видів дугового зварювання, зокрема SMAW (дугове зварювання в середовищі захисних газів), MIG (зварювання в середовищі інертних газів), TIG (зварювання в середовищі вольфраму), плазмове дугове зварювання та зварювання під флюсом.

Лазерне зварювання проти дугового зварювання

Лазерне зварювання використовує лазерний промінь високої щільності енергії як джерело тепла, тоді як дугове зварювання використовує електричну дугу, що генерується між електродом і заготовкою. Енергія лазерного променя концентрується, що призводить до низького тепловиділення, вузької зони термічного впливу і мінімальної зварювальної деформації, що робить його придатним для прецизійного зварювання. зварювання і зварювання тонколистового металу. На відміну від цього, дугове зварювання має високу теплову потужність, природно ширшу зону термічного впливу та більшу зварювальну деформацію, що робить його придатним для зварювання великих конструкційних компонентів.
Лазерне зварювання має набагато швидший зварювання Лазерне зварювання має вищу швидкість, ніж дугове, а також вищу точність і якість зварного шва. Лазерне зварювання - це безконтактний процес зварювання, який не потребує присадного металу, а процес зварювання не містить диму і легко автоматизується. Дугове зварювання вимагає присадного металу, а в процесі зварювання утворюються дим і випромінювання дуги, що спричиняє деякі забруднення навколишнього середовища, а також мають нижчий ступінь автоматизації.
Вартість лазерного зварювального обладнання відносно висока, що обмежує його застосування в певних сферах. Дугове зварювальне обладнання є недорогим і простим в експлуатації, що робить його придатним для ситуацій, коли вимоги до якості та точності зварювання не є високими, а конструкції - простими.

Пайка

Паяння - це процес з'єднання деталей за допомогою присадного металу з нижчою температурою плавлення, ніж у основних матеріалів. Він передбачає нагрівання заготовок і присадного металу до температури вище температури плавлення присадного металу, але нижче температури плавлення основних матеріалів. Розплавлений присадний метал затікає в зазор з'єднання завдяки капілярній дії, змочуючи поверхні основного матеріалу і піддаючись атомній дифузії. Після охолодження і застигання він утворює паяне з'єднання, що з'єднує заготовки.

Лазерне зварювання проти пайки

Лазерне зварювання використовує лазерний промінь високої щільності енергії для локального розплавлення заготовки, утворюючи розплавлену ванну, яка застигає при охолодженні, утворюючи з'єднання. З іншого боку, при паянні використовується присадний метал з нижчою температурою плавлення, ніж основні матеріали. Він нагрівається до плавлення і заповнює щілину з'єднання за рахунок капілярної дії, застигаючи при охолодженні, утворюючи з'єднання. Таким чином, лазерне зварювання передбачає пряме плавлення і сплавлення основних матеріалів, що призводить до високої міцності з'єднання, близької до міцності основних матеріалів. На відміну від цього, міцність з'єднання при пайці відносно нижча, обмежена міцністю присадного металу.
Лазерне зварювання підходить для різних металів і деяких неметалів, особливо для високотемпературних і тугоплавких металів. Пайка - це придатний за різноманітні металевих матеріалів, особливо для з'єднання різнорідних металів, тонких листів і точних деталей.
Лазерне зварювання широко використовується в автомобілебудуванні, аерокосмічній промисловості, електроніці, виробництві медичних приладів та інших галузях, де потрібна висока якість і точність зварювання. Пайка - це широко використовуються в холодильній техніці, кондиціонерах, приладобудуванні, ювелірній справі та інших галузях, де вимоги до міцності з'єднань не є високими, але необхідна хороша герметизація та електрична/теплова провідність.

Електронно-променеве зварювання (EBW)

Електронно-променеве зварювання виконується у високому вакуумі. Електронна гармата випромінює електронний промінь, а саме прискорений високою напругою і сфокусований електромагнітними лінзами. Промінь бомбардує поверхню заготовки, перетворюючи кінетичну енергію в теплову, в результаті чого заготовка до місцеве плавлення і досягти зварювання.

Лазерне зварювання vs EBW

Лазерне зварювання використовує лазерний промінь як джерело енергії і може виконуватися в атмосфері або в середовищі захисного газу. EBW використовує пучок прискорених електронів у середовищі високого вакууму і необхідно проводити у вакуумній камері. Це дає лазерному зварюванню перевагу в оперативній гнучкості, в той час як EBW має більш високі вимоги до обладнання та робочого середовища.
Щільність енергії при електронно-променевому зварюванні, як правило, вища, ніж при лазерному зварюванні, що забезпечує глибше проплавлення і вужчі зварні шви, що робить його особливо придатним для зварювання товстих листів і з'єднання матеріалів з високою температурою плавлення. Лазерне зварювання має відносно нижчу щільність енергії, але його промінь легко контролювати і фокусувати, що робить його придатним для точного зварювання і з'єднання деталей складної форми.
Завдяки високій щільності енергії зона термічного впливу при EBW менша, ніж при лазерному зварюванні, що зменшує зварювальну деформацію та залишкове напруження. Це особливо важливо для зварювання термочутливих матеріалів і прецизійних деталей.
EBW підходить для зварювання високотемпературних, високоміцних і легкоокислюваних матеріалів, таких як титан сплави і високотемпературних сплавів. Лазерне зварювання має ширший спектр застосування, включаючи різні метали та деякі неметалеві матеріали.
Обладнання для електронно-променевого зварювання дорожче і вимагає вакуумної системи та іншого допоміжного обладнання, тоді як лазерне зварювальне обладнання відносно дешевше. Тому EBW в основному використовується в аерокосмічній, ядерній промисловості, виробництві прецизійних приладів та інших галузях з надзвичайно високими вимогами до якості зварювання. Лазерне зварювання має ширший спектр застосування, включаючи автомобільну, електронну, медичну та інші галузі.

Мікрозварювання

Мікрозварювання - це техніка точного з'єднання, яка використовує джерело тепла з високою щільністю енергії для досягнення з'єднань на мікроскопічному рівні. Принцип його роботи зазвичай полягає у фокусуванні джерела тепла (наприклад, лазерного променя, електричної дуги або електронного променя) в пляму розміром в мікрометри або субміліметри, яка швидко розплавляє локальну ділянку заготовки для досягнення з'єднання матеріалів.

Лазерне зварювання проти мікрозварювання

Мікрозварювання в основному використовується для з'єднання мініатюрних деталей і мікроструктур, як правило, з розмірами в мікрометровому або субмікрометровому діапазоні. Лазерне зварювання має ширший спектр застосування і може використовуватися для зварювання від мініатюрних деталей до великих конструкцій.
Мікрозварювання зазвичай має вищу швидкість зварювання, що підходить для масового виробництва. Лазерне зварювання також швидке, але для зварювання мініатюрних деталей мікрозварювання може бути більш ефективним.
Як мікрозварювання, так і лазерне зварювання підходять для різних металів і деяких неметалевих матеріалів. Однак мікрозварювання може бути більш вигідним для з'єднання деяких спеціальних матеріалів (наприклад, біоматеріалів та електронних компонентів) завдяки невеликій зоні термічного впливу, що дозволяє уникнути пошкодження властивостей матеріалу.

Контактне зварювання

Контактне зварювання використовує тепло опору, що генерується проходження струму через контактні поверхні та прилеглі ділянки заготовок як джерело тепла. Під тиском він викликає локальне плавлення заготовок для досягнення з'єднання. До основних видів контактного зварювання належать точкове зварювання, шовне зварювання, контактне зварювання, стикове зварювання, зварювання встик, контактне зварювання та високочастотне зварювання.

Лазерне зварювання проти контактного зварювання

Лазерне зварювання використовує лазерний промінь високої щільності енергії як джерело тепла, завдяки чому досягається безконтактне зварювання. На відміну від цього, контактне зварювання покладається на тепло опору, що генерується проходження струму наскрізь заготовку, що вимагає безпосереднього контакту із заготовкою. Тому лазерне зварювання підходить для складних і важкодоступних заготовок, тоді як контактне зварювання більше підходить для заготовок простої форми, таких як нахлесточні і стикові з'єднання.
Лазерне зварювання забезпечує точний контроль подачі тепла, що призводить до невеликої зони термічного впливу та мінімальної зварювальної деформації. Це робить його придатним для прецизійного зварювання та зварювання термочутливих матеріалів. З іншого боку, контактне зварювання має відносно більшу теплову потужність, ширшу зону термічного впливу та більшу зварювальну деформацію, що робить його придатним для ситуацій, коли зварювальна деформація не є основною проблемою.
Лазерне зварювання має вищу швидкість зварювання та вищу ефективність, що робить його придатним для масового виробництва. Контактне зварювання має відносно повільнішу швидкість зварювання і є більш придатний для дрібно- та середньосерійного виробництва. Лазерне зварювальне обладнання дорожче і вимагає професійних операторів, тоді як обладнання для контактного зварювання дешевше, простіше в експлуатації і легко автоматизується.
Лазерне зварювання підходить для зварювання різноманітних металів і деяких неметалевих матеріалів з широким спектром застосування, включаючи автомобільну, аерокосмічну, електронну та медичну промисловість. Контактне зварювання в основному підходить для електропровідних металевих матеріалів, таких як сталь і алюміній, і широко використовується в автомобілебудуванні, виробництві побутової техніки та будівництві.

Як правильно вибрати спосіб зварювання?

Зварювання, як незамінна технологія з'єднання, відіграє вирішальну роль у різних галузях промисловості. Однак, зважаючи на широке розмаїття методів зварювання, доступних на ринку, вибір найбільш підходящої технології зварювання для потреб вашої галузі став викликом для багатьох компаній. Далі ми розглянемо, як обирати найбільш підходящий метод зварювання для вашої галузі з різних точок зору.

Матеріал і товщина заготовки

Різні методи зварювання підходять для різний матеріалів і товщини. Наприклад, лазерне зварювання підходить для різних металів і деяких неметалевих матеріалів, а особливо добре воно підходить для зварювання тонких листів. Натомість дугове зварювання це більш підходящий за зварювання товстих листів і великих конструктивних елементів. Тому при виборі методу зварювання в першу чергу слід враховувати тип і товщину матеріалу заготовки.

Оцініть вимоги до якості та точності зварювання

Різні галузі промисловості мають різні вимоги до якості та точності зварювання. Наприклад, аерокосмічна промисловість і виробництво медичних приладів мають надзвичайно високі вимоги до якості та точності зварювання, що робить лазерне зварювання та електронно-променеве зварювання ідеальним вибором. З іншого боку, такі галузі, як будівництво та мостобудування, мають відносно нижчі вимоги до якості та точності зварювання, і традиційні методи зварювання, такі як дугове зварювання та контактне зварювання, також можуть задовольнити їхні потреби.

Зосередьтеся на ефективності виробництва та собівартості

При виборі методу зварювання слід також враховувати ефективність виробництва та вартість. Високоавтоматизоване зварювання такі методи, як лазерне зварювання та електронно-променеве зварювання, хоч і мають вищу вартість обладнання, але забезпечують високу ефективність виробництва і підходять для масового виробництва. Традиційні методи зварювання, такі як дугове зварювання та контактне зварювання, мають меншу вартість обладнання, але відносно нижчу ефективність виробництва, що робить їх придатний для дрібносерійного та середньосерійного виробництва або зварювання на місці.

Враховуйте екологічні фактори та безпеку

Деякі методи зварювання утворюють дим, шкідливі гази або випромінювання під час зварювального процесу, які можуть впливати на навколишнє середовище та здоров'я операторів. Тому при виборі методу зварювання слід також враховувати екологічні фактори та безпеку. Лазерне зварювання та електронно-променеве зварювання є відносно безпечними для навколишнього середовища, тоді як дугове зварювання вимагає уваги до захисних заходів.

Зверніться за професійною порадою

Якщо ви не знайомий зі зварювальними технологіями або вам важко визначити найбільш підходящий метод зварювання для вашої галузі, ви можете звернутися за професійною порадою. Ви можете детально поспілкуватися з постачальниками зварювальних апаратів, щоб дізнатися більше про досвід зварювання і попросити їх надати вам професійні рекомендації та пропозиції. Ви також можете поцікавитися у друзів, які придбали зварювальні апарати, про їхній досвід використання.

Вибір волоконних лазерних зварювальних апаратів

На ринку доступні різні типи волоконних лазерних зварювальних апаратів, такі як ручні лазерні зварювальні апарати, настільні лазерні зварювальні апарати та автоматичні роботизовані лазерні зварювальні апарати. Нижче наведено огляд різних типів волоконних лазерних зварювальних апаратів, і ви можете вибрати їх відповідно до своїх потреб.

Висновок

Завдяки порівняльному аналізу лазерного та традиційного зварювання в цій статті ми можемо побачити особливості застосування різних методів зварювання в різних галузях. При виборі методу зварювання ми потрібно всебічно враховувати такі фактори, як матеріал заготовки, вимоги до зварювання, ефективність виробництва та вартість, зважуючи переваги та недоліки лазерного зварювання та традиційних методів зварювання, щоб вибрати найбільш підходящу технологію зварювання для наших конкретних потреб.

З постійним розвитком лазерних технологій і зниженням витрат перспективи застосування лазерного зварювання стануть ще ширшими. Очікується, що його унікальні переваги будуть використовуватися в більшій кількості галузей, що сприятиме розвитку зварювальних технологій.

Лазерне зварювання проти традиційного: Порівняння "віч-на-віч