Лазерная сварка труб: когда хватит ручного аппарата, а когда нужен станок с вращателем

Коротко. Лазерная сварка труб ручным аппаратом подходит, когда швов немного, детали разные или конструкцию варят по месту: аппарат проваривает тонкую стенку за проход и вносит меньше тепла, чем дуга, поэтому профиль меньше коробит. Станок с вращателем выбирают под серию одинаковых кольцевых швов — деталь вращается с постоянной скоростью, и начало и конец шва каждый раз сходятся одинаково. В обоих случаях лазеру нужна точная сборка: без проволоки зазор в стыке должен быть меньше 10 % толщины стенки (ссылка на источник).

Британский институт сварки TWI описывает лазерную сварку как бесконтактный односторонний процесс, которому нужен прямой доступ луча к шву. Для трубы это значит: место шва должно быть видно со стороны головы, а внутреннюю сторону лазер не варит.

У лазерного луча маленькое пятно, и щель между кромками он не заполняет. В том же институте приводят допуски на зазор в стыке (ссылка на источник):

Для профильной трубы со стенкой 2 мм это означает зазор меньше 0,2 мм без проволоки, поэтому торцы под такую сборку режут точно. Лазерная сварка профильной трубы хорошо работает в паре с лазерной резкой: как станок лист + труба режет профиль под углом и с пазами под сборку, разобрано в статье «Лазерная резка профильной трубы». Когда без проволоки не обойтись и какой диаметр брать, — в статье «Лазерная сварка с проволокой и без».

Тепловложение у лазерной сварки ниже, чем у дуговых процессов (ссылка на источник), а детали после неё, по данным того же института, коробит меньше, чем после многих других способов, и тонкие сечения сваривают со скоростью в несколько метров в минуту (ссылка на источник). Для рамы из профиля это меньше правки после сварки.

Промышленный пример — производство сварных труб. В американском журнале The Fabricator (2013) авторы пишут, что волоконный лазер может повысить производительность трубосварочного стана для нержавеющих труб на 50 % по сравнению с традиционной сваркой — при условии, что остальной процесс оптимизирован, а мощность лазера подобрана под задачу. Это продольный шов на стане, а не ручная работа, но физика та же: узкий шов и малый нагрев позволяют варить быстрее.

Ручной аппарат лазерной сварки труб и профиля берут, если:

Кольцевой шов вручную тоже варят, но качество зависит от руки: сварщик обходит трубу с перехватом, скорость и угол головы меняются, а место, где конец шва перекрывает начало, получается каждый раз чуть разным. На единичных стыках это допустимо, на сотне одинаковых деталей — уже разброс.

Вращатель держит деталь и крутит её с постоянной скоростью под неподвижной головой. Он нужен, когда:

Отдельная задача кольцевого шва — его конец. В исследовании, опубликованном в научном журнале The International Journal of Advanced Manufacturing Technology (2021), объясняют, что на кольцевом шве нельзя поставить выводные планки, поэтому дефекты конца шва остаются в детали. Возникают они при выключении луча, а плавная расфокусировка в конце шва — голову постепенно отводят от детали — убирает пористость и глубокий кратер. Опыт делали на стальных пластинах толщиной 8 мм, имитирующих кольцевой шов, но принцип общий: станок выполняет такое окончание шва одинаково на каждой детали, рука — нет. Если в чертеже задан уровень качества шва, как его выбирают и записывают, разобрано в статье «Лазерная сварка по ГОСТ».

Если деталей очень много, вращатель ставят в пару с роботом. Когда это окупается, разобрано в статье «Робот для лазерной сварки».

Тонкую стенку лазер проваривает насквозь, и обратная сторона шва внутри трубы остаётся без газовой защиты. Металл там окисляется и темнеет. Британский институт сварки предупреждает, что такой окисленный слой плохо защищает от коррозии: у шва из стали типа 316 критическая температура питтинга может упасть с 60 до 40 °C (ссылка на источник). Там же рекомендуют поддув чистым аргоном с обратной стороны и минимальное содержание кислорода в поддуве до начала сварки.

На практике трубу закрывают заглушками и заполняют аргоном до сварки. Какой газ брать для лицевой стороны шва и какой расход ставить, разобрано в статье «Какой газ нужен для лазерной сварки». Для пищевых, химических и санитарных трубопроводов этот шаг нужен, для ограждений из нержавейки обычно хватает защиты лицевой стороны и последующей зачистки корня, если он виден.

Мощность ручного аппарата подбирают по самой толстой стенке, которую будете варить регулярно, — подробно в статье «Какую мощность аппарата лазерной сварки выбрать».

Инженеры RAYMARK сваривают образцы ваших труб и профиля по ТЗ в демозале — Москва, ул. 4-я Магистральная, д. 5, стр. 3. Подготовка занимает 1 день. Вы видите шов и деформацию до покупки. После поставки пусконаладка занимает 15–20 минут, оператора обучают при поставке, гарантия — до 5 лет.

Лазер ручного аппарата относится к классу 4 по ГОСТ IEC 60825-1-2023, а точный класс вашей модели указан в паспорте. У трубы своя особенность — круглая блестящая поверхность отражает луч в разные стороны. Производитель лазеров IPG Photonics в правилах безопасности к ручному аппарату предупреждает, что и зеркальное, и рассеянное отражение повреждает сетчатку и роговицу, и советует заранее понимать, куда пойдёт конус зеркального отражения для каждой детали. Поэтому для поста сварки труб стоит продумать ограждение со всех сторон, а не только со стороны сварщика, а работать в зоне — только в очках под длину волны лазера. Как выбрать их по маркировке, — в статье «Очки для лазерной сварки».

Да. Ручной аппарат варит профиль и трубы — углы рам, ограждения, кольцевые стыки, приварку патрубков. Для серии одинаковых кольцевых швов удобнее станок с вращателем.

Без присадки — меньше 10 % толщины стенки, с качанием луча — около 20–30 %, с проволокой — около 100 % для сталей до 6 мм. Для стенки 2 мм без проволоки это меньше 0,2 мм.

Если шов проварен насквозь и корень должен быть чистым — да, поддув аргоном изнутри трубы. Иначе корень окисляется и хуже сопротивляется коррозии.

На тонкой стенке лазер вносит меньше тепла и меньше коробит деталь. На толстой стенке, плохой сборке и больших зазорах дуговая сварка остаётся проще.

Для рам, ограждений и мебели из профиля — ручной аппарат SLS Fiber 3 кВт, он проваривает до 6 мм. Для более толстой стенки — 6 кВт.

Хотите увидеть кольцевой шов на своей трубе до покупки? Сварим образец в демозале — шов и деформацию оцените сами. Сварить образец трубы →