Технология лазерной сварки

Лазерная сварка особенно эффективна при работе с легированными сталями, чугуном, титаном, медью, медными сплавами, термопластами, стеклом и керамикой. Высокая плотность энергии в пятне нагрева разрушает поверхностные окисные пленки, препятствуя образованию новых окислов. Это позволяет сваривать титан, алюминий и нержавеющую сталь, не применяя флюсы или защитной среды инертных газов.

Особенностью сварки лазером тонкостенных металлов является высокая плотность энергии в сварочной ванне объемом в доли кубического миллиметра. Поэтому сваривание листовых материалов толщиной 0.05-1.0 мм ведется с расфокусировкой лазерного луча. Такой режим снижает КПД сварочного процесса, но при этом исключает сквозное прожигание заготовки.Cварку металлов малых толщин наиболее целесообразновыполнять в импульсном режиме.

При разработке технологии необходимо отчетливо представлять себе влияние основных параметров импульсной лазерной сварки на качество соединения. К основным параметрам импульсной лазерной сварки относятся:

1. Энергия импульса - основная энергетическая характеристика, влияющая на количество тепла, введенного в зону сварки (в Дж).

2. Длительность импульса - время воздействия излучения на металл. Для каждого металла свой оптимальный диапазон длительности импульса, при качественном формировании сварного соединения.

3. Форма импульса - наиболее благоприятная трапецеидальная или треугольная с крутым передним фронтом и пологим задним склоном. При этом в первой фазе (I) происходит интенсивное расплавление металла и испарение, во второй (II) увеличение доли жидкого металла за счет оплавления краев ванны без испарения (рис.4.8). Установлено, что импульс оптимальной формы способствует увеличению проплавления на 30% по сравнению с прямоугольным импульсом. Как правило, в параметрах установок нет возможности управлять формой импульса, он зависит от конструктивных особенностей установки.

Рис. 4.8. Форма импульса лазерного излучения

 

4. Диаметр сфокусированного луча - определяетплотность энергии с учетом площади обрабатываемой поверхности и глубиныпроникновения лазерного излучения. При выборе диаметра сфокусированного луча необходимо учитывать соотношение площади нагрева и плотности энергии, требуемой для обеспечения необходимого проплавления. Обычно диаметр луча составляет 0, 05…10 мм.

5. Положение фокального пятна относительно плоскости свариваемого металла. Фокус может располагаться на поверхности обрабатываемого металла (рис. 4.9, а) выше (рис.4.9, б) или ниже (рис.4.9, в).

Принахождения фокальной плоскости ниже поверхности обрабатываемой детали, интенсивность испарения металла увеличивается, что может привести к дефектам и прогибу сварочной ванныс образованием дефекта в виде мениска. Поэтому при импульсной лазерной сварке малых толщин положение фокального пятна, как правило, больше нуля, т.е. фокальная плоскость располагается выше плоскости свариваемого металла(рис.4.9, б).

Рис. 4.9. Расположение фокального пятна относительно поверхности обрабатываемой детали: а - на поверхности (Δ F = 0); б - над поверхностью (Δ F> 0); в - ниже поверхности (Δ F< 0).

6. Скорость сварки – рассматривают на примере шовной, т.к. шов образуется за счет перекрытия отдельных точек (рис.4.10).

Рис. 4.10. Перекрытие точек при шовной сварке

Скорость сварки (V_св) равна:

4.5

где: f - частота следования импульсов; d - диаметр пятна; l - перекрытие; k - коэффициент перекрытия (k=0, 3...0, 9).

При постоянном коэффициенте перекрытия, увеличение скорости сварки можно достигнуть за счет увеличения диаметра пятна, вытягивания его в направлении сварки, что определяется техническими возможностями установки.

7. Частота следования импульсов – к другим способам увеличения скорости сварки можно отнести увеличение частоты следования импульсов, что благоприятно влияет также и на качество сварного соединения, т.к. при повышенных частотах металл большее время находится в жидком состоянии, достигается более равномерная температура в области кристаллизации.

Помимо основных факторов, необходимо учитывать и дополнительные в частности эффективность защиты шва от окисления, марку присадочногоматериала, сканирование луча и др.

К основным критериям сварного соединения является обеспечение равнопрочности, которое характеризуется достижением прочности металла шва на уровне прочности основного металла. Равнопрочность сварного соединения обеспечивается:

- Химическим составом сварного соединения.

- Соблюдением заданных геометрическихпараметров сварного шва;

- Достижением требуемых механических свойств;

- Технологической прочностью;

- Функциональной надежностью;

- Регламентируемым количеством внутренних дефектов;

⇐ Предыдущая21222324252627282930Следующая ⇒

Поделиться: