Способ лазерной сварки

 

Использование: сварка листовых деталей. Сущность изобретения: лазерную сварку ведут со скоростью v, выбираемой по соотношению , где a - температуропроводность свариваемого материала; d - его толщина; f - частота следования лазерных импульсов; t - длительность лазерного импульса; n = 3 - 5 - коэффициент, определяемый экспериментально и зависящий от плотности мощности сфокусированного потока лазерного облучения в зоне сварки. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при импульсно-периодическом лазерном излучении. Наиболее близким к предлагаемому является способ, при котором для сварки толстостенных деталей применяется совмещение лазерного луча с дуговым разрядом, ток которого промодулирован синхронно автоколебаниям поглощения лазерного излучения обрабатываемым материалом. Однако с помощью этого способа нельзя получить узкий и глубокий проплав, а следовательно, невозможно добиться прецизионной сварки деталей. Целью изобретения является расширение технологических возможностей. Цель достигается тем, что при способе лазерной сварки, заключающемся в том, что в стык свариваемых деталей подают импульсно-периодический сфокусированный поток лазерного излучения и поток газа и перемещают потоки вдоль стыка, скорость сварки V выбирают по соотношению 0,7nf · ≅ v ≅ n·f·τ ,, где а - температуропроводность свариваемого материала; δ - толщина свариваемого материала; τ - длительность лазерного импульса; f - частота следования лазерных импульсов; n = 3-5 - коэффициент, зависящий от плотности мощности лазерного излучения в фокальном пятне. Сущность изобретения заключается в согласовании двух взаимно перпендикулярных перемещений сквозного проплавления металла в направлении сфокусированного потока лазерного излучения и в направлении перемещения вдоль свариваемого стыка. Если предположить, что движение фронта плавления в глубь материала в направлении лазерного излучения происходит со скоростью движения тепловой волны, то полуэмпирическое соотношение для скорости v сварки имеет следующий вид: v ≅ f·τ .. (1) Это соотношение получено из полуэмпирического соотношения для скорости сварки V ≅ ,, (2) где t_a - время, в течение которого происходит сквозное проплавление свариваемого материала со скоростью движения тепловой волны; t_a = δ² 2/a , (3)
Подставляя (3) в (2), получим новое полуэмпирическое соотношение для скорости сварки v ≅ и с учетом импульсно-пе- риодического воздействия сфокусированного потока лазерного излучения получаем исходное соотношение для скорости сварки (1). Однако проплавление при лазерной сварке материалов, толщина которых много больше диаметра фокального пятна, не диффузное, а кинжальное, следовательно, скорость движения фронта плавления отличается от скорости движения фронта плавления при диффузном распространении тепла. Этим отличием и объясняется наличие коэффициента n. Этот коэффициент подтверждает, что скорость распространения кинжального проплавления в n² раз выше, чем теплодиффузного. На чертеже приведена схема осуществления способа. Поток лазерного излучения от лазера 1, отразившись от зеркала 2 и проходя через резак 3, фокусируется на поверхность свариваемого материала 4, перемещаемого механизмом 5 относительно сфокусированного потока лазерного излучения вдоль свариваемого стыка со скоростью
v ≅ n·f·τ , согласованной с подачей импульсно-периодического потока лазерного излучения в зону сварки. П р и м е р. Способ реализовали с использованием лазерной установки типа "Квант-15", излучающей импульсно-периодический поток лазерного излучения с частотой следования лазерных импульсов до 20 Гц. Производили сварку деталей из жаропрочной нержавеющей стали толщиной 0,5 м со скоростью
v ≅ 3·f·τ = 3 20 · 10^-3 = 168 мм/мин.. Незначительное снижение скорости сварки относительно заявленного соотношения повышает надежность сварки. Однако снижение более чем на 30% приводит к снижению качества и надежности сварки опережающими темпами. Снижение скорости сварки сначала улучшает качество сварки, а затем после 30% -ного снижения скорости качество сварки падает при дальнейшем снижении скорости сварки.Однако снижение более чем на 30% приводит к снижению качества и надежности сварки опережающими темпами. Производилась сварка упомянутых материалов на СО₂-лазерной установке RS-1500,работавшей в режиме суперпульсаций с частотой 200 Гц при длительности импульса 100 мкс со скоростью
v ≅ 5f·τ = 5 · 1,56 · 0,06 = 280 mm/мин. Cнижение скорости сварки сначала улучшает качество сварки, а затем после 30% -ного снижения скорости качество сварки падает при дальнейшем снижении скорости сварки.

Формула изобретения

СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ, при котором в стык свариваемых деталей подают импульсно-периодический сфокусированный поток лазерного излучения и поток газа, которые перемещают вдоль стыка, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, процесс ведут при скорости V, определяемой из соотношения
0,7nf · ≅ v ≅ n·f·τ ,,
где a и δ - соответственно температуропроводность и толщина свариваемого материала;
F - частота следования лазерных импульсов;
τ - длительность лазерного импульса;
n = 3 - 5 - эмпирический коэффициент, величина которого зависит от плотности мощности в фокальном пятне.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000

Извещение опубликовано: 10.11.2000        

---