Аргонодуговая (TIG) или лазерная сварка – какие есть отличия, где применяются и что лучше использовать

• Технологии для сварки металлов
• Лазерная сварка
• Преимущества и недостатки лазерной сварки
• Режимы лазерной сварки
• Аргонодуговая сварка (TIG)
• Преимущества и недостатки аргонодуговой сварки
• Сравнение лазерной и аргонодуговой сварки
• Применение аргонодуговой сварки
• Применение лазерной сварки
• Отличия сварки лазером и аргоном
• В каких случаях лучше использовать лазерную сварку вместо TIG?

По мере развития производственной и строительной отраслей потребность в эффективных и точных методах сварки становится все более актуальной. В этом обзоре сварочных технологий мы рассмотрим особенности лазерной и аргонодуговой сварки, их отличия и преимущества. 

Технологии для сварки металлов

Сварка – это процесс соединения материалов, как правило, металлов или термопластов, путем их расплавления под действием высокой температуры, давления или комбинации этих двух методов. 

В результате между материалами образуется прочное соединение. Существуют различные технологии и методы сварки, такие как дуговая, лазерная, контактная и другие, каждый из которых подходит для определенных областей применения и материалов.

Основной целью сварки является создание прочного и долговременного соединения между материалами для изготовления различных конструкций и компонентов. Сварка применяется в:

• обрабатывающей промышленности; 
• строительной сфере;
• автомобильной обработке;
• электронной промышленности;
• энергетическом секторе;
• аэрокосмической промышленности. 

Сварка необходима для создания прочных соединений, ускорения сроков реализации проектов и соответствия строгим стандартам безопасности. От сборки транспортных средств до изготовления стальных конструкций и компонентов самолетов – сварка обеспечивает эффективность, точность и адаптивность в различных областях применения. Технологии сварки отличаются, но общей тенденцией является прогресс, ведущий к созданию более прочных и надежных соединений. 

Одними из самых эффективных сварочных технологий являются аргонодуговая и лазерная сварка. Аргонодуговая осуществляется под действием электрического тока и потока инертного газа. При лазерной сварке соединение создается с помощью воздействия лазерного луча.​

Рис. 1. Лазерная сварка 

Лазерная сварка

Лазерная сварка ー это метод соединения материалов, основанный на использовании лазерного излучения для плавления и формирования сварного шва.​

В лазерной технологии используется луч, который при контакте с поверхностью частично отражается и проходит внутрь, вызывая нагрев и плавление материала, что в конечном итоге приводит к образованию сварного шва. Монохроматический и когерентный характер лазерного луча обеспечивает точную траекторию во время сварки.

Сварка лазером имеет высокую точность и управляемость благодаря концентрации энергии на маленькой площади.

Использование лазерной технологии в различных отраслях производства позволяет достигать высокого качества сварных соединений с минимальным тепловым воздействием на окружающий материал.​ Лазерная сварка исключает необходимость использования присадочных материалов, обеспечивая точный контроль и простоту использования по сравнению со сваркой TIG. 

Рис. 2. Принцип работы лазерной сварки металла 

Преимущества и недостатки лазерной сварки

Преимущества лазерной сварки

• Высокая точность и качество сварных соединений;
• Мгновенный нагрев шва, в отличие от традиционной сварки, когда одна часть начинает плавиться, а другая остается не нагретой;
• Минимальное тепловое воздействие на обрабатываемый материал; 
• Возможность работы с различными металлами и сплавами; 
• Высокая производительность и скорость процесса;
• Импульсный режим обеспечивает точность, подходит для тонких и термочувствительных материалов. Режим непрерывной сварки подходит для работы с толстыми материалами;
• Не требуется присадочный материал для заполнения шва между деталями. 

Этот метод также позволяет создавать мелкие и глубокие сварные швы, что делает его эффективным для выполнения сложных сварочных задач разного характера.​

Недостатки лазерной сварки

• Высокая стоимость оборудования и подготовительных процессов;
• Ограничения по толщине свариваемого материала;
• Сложности при обработке чувствительных металлов, например, магниевые сплавы. При лазерной сварке материал имеет множество точек разрушения, обусловленных их микроструктурой.

Режимы лазерной сварки

Непрерывная лазерная сварка:

• Метод: Устойчивый контакт лазера в течение всего процесса сварки;
• Области применения: Хорошо подходит для толстых материалов, обеспечивая глубокое проникновение;
• Совместимость с материалами: Сохраняет стабильность в материалах, склонных к растрескиванию, таких как высокоуглеродистая сталь;
• Основные характеристики: Непрерывное и равномерное тепловое воздействие.

Импульсная лазерная сварка:

• Метод: Использует прерывистые лазерные импульсы для контролируемой сварки;
• Области применения: Подходит для быстрой и надежной точечной сварки;
• Преимущества: Минимизация теплового воздействия, что позволяет использовать станок для работы с чувствительными материалами;
• Гибкость: Позволяет выполнять сложные работы с точечной сваркой внахлест;
• Решает проблемы, связанные с нагревом материалов, склонных к плавлению или разрушению.

Аргонодуговая сварка (TIG)

Сварка вольфрамом в среде инертного газа называется TIG-сваркой. Это метод сварки, при котором дуга, генерируемая между вольфрамовым электродом и обрабатываемой деталью, нагревает и расплавляет основной металл и присадочную проволоку (если используется присадочная проволока) под защитой инертного газа.

Во время сварки защитный газ непрерывно распыляется из сопла сварочного пистолета для образования газозащитного слоя вокруг дуги, изолирующего воздух и предотвращающего его вредное воздействие на электрод, ванну расплава и прилегающую зону термического воздействия. Защитным газом может быть аргон, гелий или смесь аргона и гелия. К преимуществам данного метода относятся хорошая видимость дуги и ванны расплава, а также простота в эксплуатации.

Аргонодуговая сварка ー это процесс сварки, при котором соединение материалов осуществляется путем плавления их поверхностей под действием электрического тока.​ 

TIG-сварка предполагает использование присадочного материала. Необходим опыт для получения качественного шва с контролем расхода проволоки. Присадка заполняет микротрещины и зазоры при плавлении, а также обеспечивает температурный баланс для постепенного охлаждения.

Для аргонной сварки необходимо правильно настроить данные параметры: 

• тип и полярность тока;
• сила тока;
• расход газа;
• падение напряжения на дуге;
• скорость перемещения электрода;
• расстояние между соплом горелки и присадочным материалом.

Газовая защита, обеспечиваемая потоком инертного газа (в данном случае аргон), предотвращает окисление расплавленного металла во время сварочного процесса. Сварка выполняется с помощью специального аппарата с силовым источником, сварочными электродами и системой подачи инертного газа. Основная цель инертного газа — предотвратить атмосферное загрязнение сварного шва и защитить вольфрамовый электрод.

 Сварка TIG подходит для обработки:

• Высокоуглеродистая сталь;
• Никель;
• Чугун;
• Алюминий;
• Магний;
• Медь и ее сплавы;
• Хром и другие металлы. 

Преимущества и недостатки аргонодуговой сварки

Рис. 3. Аргонодуговая сварка 

Преимущества аргонодуговой сварки

• Присадочная проволока не проходит через дугу, поэтому нет брызг. Сварной шов получается качественным;
• Вольфрамовая дуга может стабильно гореть даже при небольшом сварочном токе. Подходит для сварки тонких пластинчатых и ультратонких листовых материалов;
• Источником тепла и присадочной проволокой можно управлять раздельно, поэтому подачу тепла легко регулировать, и их можно сваривать в различных положениях;
• Возможность работы с широким спектром металлов и сплавов;
• Универсальность в различных условиях эксплуатации.

Этот метод также удобен в использовании и достаточно гибок в технике выполнения для сварщиков.​

Недостатки аргонодуговой сварки

• Одним из основных недостатков аргонодуговой сварки является возможность образования дефектов в сварных соединениях из-за окисления металла под воздействием воздуха;
• Инертные газы, такие как аргон и гелий, стоят дороже, а себестоимость производства выше по сравнению с другими методами дуговой сварки;
• Для выполнения сварки требуется большой объем оборудования и использование инертных газов, что может увеличивать затраты на производство;​
• Сварка затруднена для металлов с низкой температурой плавления и легким испарением, таких как свинец, олово и цинк;
• Менее точная технология, возможна деформация материала возле сварного шва. 

Сравнение лазерной и аргонодуговой сварки

Сравнительный анализ аргонодуговой и лазерной сварки позволяет выявить основные различия между этими методами.

Аргонодуговая сварка обладает своими уникальными характеристиками, такими как универсальность, простота использования и более низкая стоимость оборудования.​

Лазерная сварка предлагает более высокую точность, производительность и минимальное тепловое воздействие на материал, но при этом требует первоначальных инвестиций и строгих условий работы.​ 

Выбор между аргонодуговой и лазерной сваркой должен основываться на определенных критериях:

• тип материала;
• необходимое качество соединения;
• финансовые возможности;
• особенности производственного процесса.​

Рис. 4. Процесс аргонодуговой сварки 

Качество сварного соединения

Качество сварного соединения является ключевым фактором при выборе между аргонодуговой и лазерной сваркой.​ Аргонодуговая сварка обеспечивает прочные и надежные сварные швы, позволяя работать с различными материалами и сплавами.​ 

Лазерная сварка предлагает высокую точность и минимальное тепловое воздействие на материал, что также способствует высокому качеству сварных соединений.​ Выбор оптимального метода сварки в значительной степени зависит от требуемого уровня качества и конкретных характеристик каждого проекта.​

Скорость и производительность

При сравнении аргонодуговой и лазерной сварки обычно выигрывает лазер, так как он быстрее и эффективнее работает в условиях массового производства.​ Аргонодуговая сварка требует большего времени на подготовку и завершение процесса, особенно при работе с толстыми материалами.​ 

Точность и управляемость процесса

Лазерная сварка превосходит аргонодуговую в этом аспекте, так как имеет высокую точность позиционирования лазерного луча и возможность контролировать его параметры.​ Этот метод также обеспечивает управляемость в процессе сварки благодаря оптическому устройству. При аргонодуговой сварке требуется более тщательная настройка.

Каждый метод имеет свои особенности, возможности и ограничения, поэтому важно анализировать конкретные условия и потребности проекта для принятия взвешенного решения.

Рис. 5. Сварной шов при аргонодуговой сварке 

Применение аргонодуговой сварки

Аргонодуговая сварка находит широкое применение в различных отраслях, таких как:

• машиностроение;
• изготовление медных труб радиаторов и кондиционеров;
• кораблестроение и судостроение;
• производство авиационного оборудования;
• изготовлении резервуаров;
• конструкции для нефтегазовой промышленности .

Этот метод особенно эффективен при работе с толстыми металлическими конструкциями, стальными листами и изделиями большого размера. 

Рис. 6. Ручная лазерная сварка

Применение лазерной сварки

Лазерная сварка эффективна для выполнения сложных задач, создания мелких и глубоких сварных соединений, обработки тонких металлических листов. Подходит для  работы с различными материалами, включая титан, алюминий, нержавеющую сталь и сплавы.​ Лазерная сварка также находит применение в:

• производстве электронных устройств;
• обработке медицинского оборудования;
• пищевой промышленности;
• обработке металлических корпусов компонентов;
• ремонте и изготовлении ювелирных изделий;
• автомобильной промышленности. 

Также в других областях, где требуется высокая точность и минимальное воздействие на окружающий материал.​

Отличия сварки лазером и аргоном

Источник тепла

При лазерной сварке используется сфокусированный луч света (лазер) для выделения интенсивного тепла в точке сварки. Энергия лазера поглощается материалом, что приводит к быстрому нагреву и плавлению, обеспечивая точную и локализованную сварку.

Аргонодуговая сварка или TIG использует нерасходуемый вольфрамовый электрод для создания электрической дуги. Дуга выделяет тепло, а инертный газ используется для защиты зоны сварки от атмосферных загрязнений.

Применение и стоимость

Станок для лазерной сварки используется в тех областях, где важны высокая точность и скорость, например в электронной и автомобильной промышленности. Однако оборудование для лазерной сварки может быть более дорогим.

Аргонодуговая сварка используется в таких отраслях, как аэрокосмическая, автомобильная и строительная. Хотя первоначальная стоимость оборудования может быть ниже, чем при лазерной сварке, следует учитывать эксплуатационные расходы, включая затраты на инертный газ и вольфрамовые электроды.

Потребляемая энергия

Лазер вводит меньше энергии в заготовку, что приводит к снижению напряжения и уменьшению деформации. Аргонодуговая технология вводит высокую тепловую энергию в заготовку, поэтому может стать причиной повышенного напряжения и увеличения термических искажений.

Скорость охлаждения

При сварке лазером охлаждение происходит быстрее, так как тепловое воздействие на заготовку низкое.  При TIG сварке более низкая скорость охлаждения из-за высокой теплоотдачи.

Рис. 7. Лазерная сварка металла 

В каких случаях лучше использовать лазерную сварку вместо TIG?

При выборе между лазерной и TIG-сваркой решение принимается с учетом требований, предъявляемых к конкретным условиям. Лазерная сварка предпочтительнее в следующих случаях:

• Сварка разнородных материалов: Лазерная сварка эффективна для соединения разнородных материалов, включая комбинации металлов и пластмасс;
• Точная и детальная сварка. Сварка лазером лучше всего подходит для тех случаев, когда точность и сложная детализация имеют первостепенное значение;
• Снижение тепловыделения: Лазер выделяет меньше тепла по сравнению с аргонодуговой сваркой. Эта характеристика важна при работе с материалами, чувствительными к высоким температурам;
• Более быстрое время сварки. Если скорость является критическим фактором, лазерная сварка справится быстрее по сравнению с TIG-сваркой;
• Меньше внешних загрязнений. Минимизация внешних загрязнений имеет решающее значение для целостности сварного шва;
• Вертикальная и потолочная сварка. Лазерную сварку можно использовать для обработки в вертикальном положении;
• Автоматическая установка сварки. Технология подходит для автоматизированных установок, что упрощает процесс обработки;
• Уменьшение деформации и усадки. В ситуациях, когда необходимо избежать значительной деформаций и усадки, лазерная сварка оказывается более эффективной.