Лазерная сварка с проволокой и без: когда нужна присадка

Коротко. Без проволоки лазерная сварка идёт, когда кромки собраны почти без зазора: британский институт сварки TWI называет предел — меньше 10 % толщины металла. Проволоку подают, когда зазор больше, когда нужен валик углового шва или когда металл шва надо «поправить» по составу против трещин. Платят за это скоростью: с холодной проволокой сварка идёт на 10–20 % медленнее.

Луч ручного аппарата плавит только кромки, которые оказались под ним. Если кромки стоят плотно, металла им хватает на шов — это сварка без присадки, по-английски autogenous. Если между кромками щель, расплаву нечем её заполнить: шов проседает или остаётся непровар.

Насколько плотно нужно собрать стык, показывают ориентиры TWI: для стыкового шва без присадки зазор держат меньше 10 % толщины; качание луча (wobble) расширяет допуск примерно до 20–30 % толщины; подача проволоки для сталей толщиной до 6 мм — примерно до толщины листа. Последняя цифра — предел процесса, полученный не для ручных аппаратов. У ручных аппаратов практический предел ниже: зазоры больше 1,5 мм не перекрывают ни качание луча, ни проволока — это разобрано в статье «Минусы лазерной сварки». Ниже — ориентиры для ручного аппарата в миллиметрах.

У каждой сварочной головы своя ширина качания и свой предел по зазору, поэтому его проверяют пробным швом на реальном стыке.

Без проволоки обычно варят:

Тот же TWI называет четыре причины подавать проволоку при лазерной сварке:

К этому списку практика добавляет угловой шов: если нужен выпуклый валик заданного катета, металл для него берут из проволоки. Какой зазор допустим на трубах и профиле и когда для кольцевого шва нужен вращатель — в статье «Лазерная сварка труб».

У проволоки есть цена. По тем же данным TWI, холодная присадка снижает скорость сварки на 10–20 % при той же мощности. А нагретая зона с проволокой становится шире (ссылка на источник). Немецкий производитель сварочных голов Precitec разделяет задачи так: небольшие зазоры перекрывают качанием луча, а большие или переменные — проволокой.

Проволоку подбирают под марку основного металла и под требования к шву — по таблицам производителя проволоки. Для стали — стальная сварочная проволока, для нержавейки — нержавеющая той же группы, для алюминия — алюминиевая. Защитный газ тоже подбирают под металл — какой и с каким расходом, разобрано в статье «Какой газ нужен для лазерной сварки».

У алюминия выбор чаще всего между двумя марками. Американский журнал The Fabricator сравнивает их для сплава 6061-T6:

В стыковом шве алюминия, по той же статье, прочность от марки проволоки почти не зависит: разрушается зона термического влияния, а не шов.

Каждый подающий механизм рассчитан на свой диапазон диаметров. Например, у податчика американского производителя лазеров IPG Photonics для системы LightWELD Cobot — проволока 0,030–0,063 дюйма (0,8–1,6 мм) из стали, нержавейки, алюминия, меди и никеля, скорость подачи до 230 дюймов в минуту (около 5,8 м/мин), катушка до 13,6 кг. Диапазон своего податчика смотрите в паспорте аппарата.

Сколько проволоки уйдёт в шов, для первой прикидки считают по формуле из статьи TWI о холодной подаче проволоки (ссылка на источник):

Пример для стыка листа 2 мм при скорости сварки 0,6 м/мин (10 мм/с). Площадь зазора — ширина зазора, умноженная на толщину листа.

Подача растёт пропорционально зазору, а проволока 1,2 мм при том же зазоре идёт примерно в 1,4 раза медленнее, чем 1,0 мм. Усиление шва и валик углового шва требуют проволоки сверх этого расчёта. Если зазор по длине шва гуляет, подачу приходится менять на ходу — TWI отмечает, что тогда может понадобиться датчик зазора.

Ручные аппараты SLS Fiber 3 кВт и SLS Fiber 6 кВт есть на складе. Система автоматической подачи проволоки входит в комплект обоих аппаратов вместе со сварочной головой (пистолетом) с насадками для сварки, резки и очистки.

Сопло подачи стоит на голове и направляет проволоку в переднюю кромку сварочной ванны — туда, где луч встречается с поверхностью детали. По TWI, положение проволоки должно быть точным, потому что передний край ванны маленький.

Какую мощность выбрать под толщину, разобрано в статье «Какую мощность аппарата лазерной сварки выбрать». Диаметр проволоки, подачу и мощность по толщинам для стали и алюминия собрали в статье «Настройка лазерной сварки: режимы и параметры». Сварку с проволокой и без можно сравнить на своих деталях: аппараты показывают и тестируют в демозале RAYMARK, инженеры готовят образцы. Если подача начала идти рывками, что проверить и что чинит сервис — в статье «Ремонт аппарата лазерной сварки».

Ручной лазерный аппарат — лазер класса 4: прямой и отражённый луч опасен для глаз и кожи. Требования к классам — в ГОСТ IEC 60825-1-2023, класс конкретного аппарата — в его паспорте.

При сварке с проволокой к обычным правилам добавляются свои:

Да, если кромки собраны плотно. Британский институт сварки TWI советует держать зазор в стыковом шве меньше 10 % толщины металла: для листа 2 мм — меньше 0,2 мм.

Диапазон задаёт податчик: например, у IPG Photonics — 0,8–1,6 мм. Выбирают диаметр, при котором расчётная подача — скорость сварки, умноженная на площадь зазора и делённая на сечение проволоки, — укладывается в диапазон податчика. Диапазон своего аппарата — в паспорте.

Чаще всего 4043 или 5356. 4043 меньше склонна к трещинам, 5356 прочнее в угловых швах и не чернеет после анодирования.

Часть энергии луча уходит на плавление проволоки. По данным TWI, холодная присадка снижает скорость сварки на 10–20 % при той же мощности.

Да. Система автоматической подачи проволоки входит в комплект ручных аппаратов SLS Fiber 3 кВт и 6 кВт, оба есть на складе.

Пришлите фото или чертёж стыка, толщину и марку металла — покажем в демозале, как SLS Fiber варит ваш шов с проволокой и без. Проверить шов на своих деталях →