Princip technologie laserového svařování

Laserové svařování lze dosáhnout kontinuálním nebo pulzním laserovým paprskem. Princip laserového svařování lze rozdělit na svařování tepelným vedením a laserové svařování hlubokou penetrací. Když je hustota výkonu menší než 104~105 W/cm2, jedná se o svařování vedením tepla, při kterém je hloubka tavení malá a rychlost svařování je pomalá; když je hustota výkonu větší než 105~107 W/cm2, kovový povrch se zahřeje a vydutý do "díry", čímž se vytvoří svar s hlubokým průvarem, který se vyznačuje vysokou rychlostí svařování a velkým poměrem hloubek k šířce.
Mezi nimi je princip tepelně vodivého laserového svařování: laserové záření ohřívá zpracovávaný povrch a povrchové teplo difunduje dovnitř vedením tepla. Řízením parametrů laseru, jako je šířka, energie, špičkový výkon a opakovací frekvence laserového pulsu, se obrobek roztaví a vytvoří specifickou roztavenou lázeň.
Laserový svařovací stroj používaný pro svařování ozubených kol a metalurgické svařování tenkých plechů zahrnuje především laserové svařování hlubokou penetrací.
Laserové svařování s hlubokým průvarem obecně používá kontinuální laserový paprsek k dokončení spojení materiálů. Jeho metalurgický fyzikální proces je velmi podobný svařování elektronovým paprskem, to znamená, že mechanismus přeměny energie je dokončen prostřednictvím struktury „klíčové dírky“. Při dostatečně vysoké hustotě výkonu laserového záření se materiál odpaří a vytvoří klíčovou dírku. Tento malý otvor naplněný párou působí jako černé těleso, které pohlcuje téměř veškerou energii dopadajícího paprsku. Rovnovážná teplota v dutině otvoru dosahuje asi 2500 stupňů [1]. Teplo se přenáší z vnější stěny této vysokoteplotní dutiny otvoru a taví kov obklopující dutinu otvoru. Malý otvor je vyplněn vysokoteplotní párou generovanou kontinuálním odpařováním materiálu stěny pod ozařováním paprsku. Čtyři stěny malého otvoru obklopují roztavený kov a tekutý kov je obklopen pevnými materiály (u většiny konvenčních svařovacích procesů a laserového kondukčního svařování se energie nejprve ukládá na povrch obrobku a poté se přenáší dovnitř) . Proudění kapaliny vně stěny otvoru a povrchové napětí vrstvy stěny udržují dynamickou rovnováhu s tlakem páry nepřetržitě generovaným v dutině otvoru. Paprsek nepřetržitě vstupuje do malého otvoru a materiál mimo malý otvor nepřetržitě proudí. Jak se paprsek pohybuje, malý otvor je vždy ve stabilním stavu toku. To znamená, že malý otvor a roztavený kov obklopující stěnu otvoru se pohybují vpřed s dopřednou rychlostí vedoucího paprsku. Roztavený kov vyplní mezeru po odstranění malého otvoru a zkondenzuje a vytvoří se svar. Všechny výše uvedené procesy probíhají tak rychle, že rychlost svařování může snadno dosáhnout několika metrů za minutu.