50 (212)

50 2. CHARAKTERYSTYKA PROCESÓW SPAWANIA

wynosi 10,6 pm. Moc laserów CO2 osiąga 25 kW i jest największa spośród wszystkich typów laserów, a ich sprawność wynosi 10+15%.

W spawalnictwie wykorzystuje się także lasery stałe neodymowe, w których ośrodkiem aktywnym są jony Nd w granacie itrowo-glinowym (Nd:YAG) lub rzadziej w szkle (Nd:Glass) i rubinowe. Ponieważ ich moc praktycznie nie przekracza 5 kW, stosuje się je głównie do łączenia elementów cienkich, precyzyjnych z metali o dużej refleksyjności. Wiązkę promieniowania o długości fali 1,06 pm można przesyłać światłowodem, co umożliwia zrobotyzowanie procesów. Lasery diodowe dużej mocy (do 6 kW i gęstości do 10⁴ kW/mm²) stosuje się do spawania techniką z jeziorkiem, napawania, lutowania. Mniejsze zastosowanie mają lasery półprzewodnikowe i ekscymerowe (o działaniu impulsowym). Lasery CO2 i Nd:YAG generują promieniowanie ciągłe i impulsowe.

Spawanie wiązką laserową polega na stapianiu obszaru łączenia elementów energią wiązki światła laserowego (rys. 2.26), której gęstość mocy osiąga 10²+10⁵ kW/mm² w przypadku laserów ciągłych i 10⁵+10⁸ kW/mm² laserów impulsowych (przy czasie impulsu rzędu ps). Są to największe gęstości mocy źródeł spawalniczych. Wiązka laserów CO2 i Nd:YAG może być skoncentrowana do średnicy 0,1 mm, natomiast laserów diodowych do średnicy kilkakrotnie większej. Wiązka laserowa cechuje się znaczną równoległością - jej rozbieżność nie przekracza zwykle kilku mrad (miliradianów). Wiązka laserowa padająca na powierzchnię materiału ulega w dużym stopniu odbiciu, co wpływa na stosunkowo niską wydajność procesu. Zależnie od rodzaju metalu i stanu jego powierzchni absorpcja wynosi 2+20% dla laserów C0₂ i 2+5% dla laserów Nd:YAG. Szczególnie niska jest dla aluminium i miedzi, do spawania których zaleca się lasery Nd:YAG.

Parametrami spawania laserowego decydującymi o głębokości wtopienia i jego kształcie są:

—    moc wiązki lub energia impulsu światła laserowego i czas jego trwania,

—    średnica wiązki,

—    długość ogniska i jego położenie względem złącza,

—    prędkość spawania,

—    rodzaj i natężenie przepływu gazu osłaniającego stopiwo.

Laserowo można spawać metale o grubości od kilku mikrometrów do ok. 30 mm, zależnie od typu i mocy lasera (rys. 2.27) oraz rodzaju spawanego materiału. Uzyskane spoiny mogą być bardzo głębokie i wąskie, podobne do przedstawionej na rys. 2.25b, zależnie od zastosowanych parametrów. Ponieważ takie spoiny nie powodują dużych odkształceń cieplnych, można spawać wyroby „na gotowo”, bez późniejszej obróbki mechanicznej. Elementy tworzące złącze powinny być dokładnie wykonane i ściśle ze sobą zestawione. Spawa się przeważnie jednym ściegiem bez dodawania lub (rzadziej) z dodawaniem spoiwa. Przykładami złączy spawanych laserowo, konstrukcyjnie podobnych do wykonywanych wiązką elektronów, mogą być rozwiązania przedstawione na rys. 2.25a (oprócz spoiny niedostępnej dla wiązki światła).