Лазерно-гибридная сварка — это тип сварочного процесса, сочетающий принципы сварки лазерным лучом и дуговой сварки . [1]
Объединение лазерного света и электрической дуги в амальгамированный процесс сварки существует с 1970-х годов, но только недавно стало использоваться в промышленных приложениях. Существует три основных типа гибридного процесса сварки в зависимости от используемой дуги: TIG , плазменная дуга или сварка MIG с добавлением лазера. В то время как сварка TIG с добавлением лазера была первой, которая была исследована, MIG стала первой, которая вошла в промышленность и широко известна как гибридная лазерная сварка.
Если на раннем этапе лазерные источники еще должны были доказать свою пригодность для промышленного использования, то сегодня они являются стандартным оборудованием на многих производственных предприятиях. Сочетание лазерной сварки с другим процессом сварки называется «гибридным процессом сварки». Это означает, что лазерный луч и электрическая дуга действуют одновременно в одной зоне сварки, влияя и поддерживая друг друга.
Лазерная сварка требует не только высокой мощности лазера, но и высококачественного луча для получения желаемого «эффекта глубокой сварки». Получающееся в результате более высокое качество луча может быть использовано либо для получения меньшего диаметра фокуса, либо большего фокусного расстояния. Для этого процесса используются различные типы лазеров, в частности Nd:YAG , где лазерный свет может передаваться через охлаждаемое водой стеклянное волокно. Луч проецируется на заготовку с помощью коллимирующей и фокусирующей оптики . Также может использоваться лазер на углекислом газе , где луч передается через линзу или зеркала.
Для сварки металлических предметов лазерный луч фокусируется для получения интенсивности более 1 МВт/см2 . Когда лазерный луч попадает на поверхность материала, это пятно нагревается до температуры испарения, и в металле шва образуется паровая полость из-за выходящего металлического пара. Это известно как замочная скважина. Необычайной особенностью сварного шва является его высокое отношение глубины к ширине. Плотность потока энергии свободно горящей дуги составляет немного больше 100 кВт/см2 . В отличие от двойного процесса, где два отдельных процесса сварки действуют последовательно, гибридную сварку можно рассматривать как комбинацию обоих процессов сварки, действующих одновременно в одной и той же зоне процесса. В зависимости от типа используемой дуги или лазерного процесса, а также в зависимости от параметров процесса, две системы будут влиять друг на друга по-разному.
Сочетание лазерного и дугового процессов приводит к увеличению как глубины проплавления, так и скорости сварки (по сравнению с каждым процессом в отдельности). Выходящие из паровой полости пары металла воздействуют на плазму дуги. Поглощение лазерного излучения в плазме обработки остается незначительным. В зависимости от соотношения двух входных мощностей характер общего процесса может в основном определяться либо лазером, либо дугой.
Поглощение лазерного излучения существенно зависит от температуры поверхности заготовки. Перед началом процесса лазерной сварки необходимо преодолеть начальную отражательную способность, особенно на алюминиевых поверхностях. Этого можно добиться путем предварительного нагрева материала. В гибридном процессе дуга нагревает металл, помогая лазерному лучу войти в контакт. После достижения температуры испарения образуется паровая полость, и почти вся энергия излучения может быть передана в заготовку. Таким образом, необходимая для этого энергия определяется зависящим от температуры поглощением и количеством энергии, теряемой за счет проводимости в остальную часть заготовки. При лазерно-гибридной сварке с использованием MIG испарение происходит не только с поверхности заготовки, но и с присадочной проволоки, так что больше паров металла доступно для облегчения поглощения лазерного излучения.
За эти годы было проведено много исследований для понимания усталостного поведения, особенно для новых методов, таких как лазерно-гибридная сварка, но знания по-прежнему ограничены. Лазерно-гибридная сварка — это передовая технология сварки, которая создает узкие глубокие сварные швы и обеспечивает большую свободу для управления геометрией поверхности сварки. Поэтому анализ усталости и прогнозирование срока службы гибридных сварных соединений стали более важными и являются предметом текущих исследований.