Способ сварки непрерывным лазерным излучением

 

Использование: сварочная технология. Сущность изобретения: при сварке непрерывным лазерным излучением излучение от непрерывного лазера мощностью 0.5-4 кВт направляют в вакуумную сварочную камеру через входное окно из оптически прозрачного материала с защитным устройством и сварку проводят пр и давлении остаточных газов в вакуумной камере 5 10 мм рт.ст. 1 ил. -3

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 23 К 26/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ >Т

Адф Ро гл + а/Чсв

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4903849/08 (22) 15,10.90 (46) 15.04.93. Бюл, N- 14 (71) Самарский филиал Физического института им,П.Н.Лебедева (72) А,Н.Щедрин, С.И.Кузнецов и А.Е,Зайкин (56) J.Arata, N,Abe, l.Oda. Fundamental

phenomena in laser welding // "Gas Flow and

Chemical 1.asers". Proc, 5-th ОС(3ymp.

Oxford, 20 — 24, August, l984, р.61-66.

Изобретение относится к сварке, в частности к способам сварки металлов непрерывным лазерным излучением с глубоким проплавлением.

Целью изобретения является повышение эффективности сварочного процесса и улучшение качества сварного шва.

Это достигается тем, что при способе сварки непрерывным лазерным излучением, при котором процесс ведут в сварочной камере при остаточном давлении ниже ат-. мосферного, процесс сварки осуществляется при остаточном давлении в сварочной камере, равном 5 10 — 1 10 мм рт,ст. В указанном интервале давлений происходит полное подавление плазмы оптического разряда, возникающего при лазерной сварке, что объясняется малой концентрацией молекул газа. При этом полный тепловой коэффициент сварочного процесса может достигать 87 (, а качество сварного шва значительно улучшается иэ-эа отсутствия

„„5U„„1808588 А1 (54) СПОСОБ СВАРКИ НЕПРЕРЫВНЫМ

ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ (57) Использование: сварочная технология.

Сущность изобретения: при сварке непрерывным лазерным излучением излучение от непрерывного лазера мощностью 0,5 — 4 кВт направляют в вакуумную сварочную камеру через входное окно из оптически прозрачного материала с защитным устройством и сварку проводят при давлении остаточных газов в вакуумной камере 5 10 — 1 10 мм рт.ст. 1 ил. воздействия радиационных волн. Темпера- тура кипения металлов при давлении остаточных газов в вакуумной сварочной камере

102 мм рт.ст. снижается на 500 — 1000К по сравнению с температурой кипения при атмосферном давлении. Это приводит к значительному увеличению глубины канала проплавления при лазерной сварке в режиме глубокого проплавления, которое можно оценить по формуле где Hnp — глубина канала проплавления;

Ткал — температура кипения металла;

4 — коэффициент теплопроводимости металла; а — коэффициент температуропроводности металла; гд — радиус сфокусированного лазерного луча;

1808588

Чсв — скорость сварки, Аэф — эффективный коэффициент полезного действия сварочного процесса.

Из формулы (1) следует, что снижение температуры кипения металла в вакууме 5

10 мм рт.ст. на 500 — 1000 К приведет к увеличению глубины проплавления в 1,21,5 раза, так как температуры кипения большинства металлов при атмосферном давлении лежат в интервале 3000-4000 К. "0

Указанный интервал давлений легко достижим с помощью форвакуумной техники и не требует более дорогих высоковакуумных систем, какие применяются при электроннолучевой сварке. Нижний предел давления определяется возможностями форвакуумных насосов, которые не позволяют получать разрежение выше 1 10 мм рт.ст.

Верхний предел давления выбирался таким образом, чтобы исключить влияние остаточ- 20 ных газов на качество сварного шва и обеспечить максимальную пластичность и вязкость сварных соединений.

На чертеже представлена схема реализации способа сварки непрерывным лазер- 25 ным излучением.

Лазерное излучение 1 фокусируется линзой 2 и направляется в вакуумную сварочную камеру 3 через входное окно иэ оптически прозрачного материала 4 с 30 защитным устройством 5, которое представляет собой усеченный медный конус со сквозным отверстием для прохождения лазерного излучения, причем отношение диаметра отверстия к длине должно быть не 35 менее 1:10, а половина угла 5О. При этом практически все металлические пары от свари ваемой детали 6 будут оседать на стенках конуса, не долетая до окна 4, Расстояние между медным конусом и свариваемой де- 40 талью можно регулировать, перемещая конус по направляющим 7. Свариваемая . деталь 6 располагается на координатной подвижке 8.

Предлагаемый способ сварки непре- 45 рывным лазерным излучением был реализо- . ван следующим образом.

Сварку изделий из стали 45 проводили в вакуумной сварочной камере при давлении остаточных газов 2 . 10 мм рт.ст, Из- -"0 лучение непрерывного СОг-лазера мощностью 500 Вт (длина волны А-10,6 ° мкм) фокусировали линзой из KCl с фокусным расстоянием 218 мм и направляли в камеру через входное окно иэ КО толщиной 55

8 мм, Входное окно защищали от паров металла устройством, описанным выше. При скорости сварки 2,2 мм/с и интенсивности лазерного излучения 4,2 10 Вт/см были получены следующие параметры сварного шва: глубина Н р. = 1,3 мм; ширина 1 = 1,0 мм; коэффициент формы сварного шва К =

Н р./L= 1,3. Сварка осуществлялась в режиме глубокого проплавления, Следов окисления сварного шва, выплесков и примесей в нем не наблюдалось.

Для определения повышения эффективности сварочного процесса при испол ьзова нии предложенного способа, была осуществлена лазерная сварка аналогичных изделий из стали 45 в среде инертных газов аргона и гелия при атмосферном давлении, При этом были получены следующие результаты; в атмосфере гелия — Hnp. = 0,27 мм, L = 0,5 мм; К = 0,54, в атмосфере аргона—

Нпр. =0,18мм; L=0,46мм; К=0,375.

Эффективность сварочного процесса определяется количеством переплавленно-. го металла в единицу времени. Отсюда следует, что повышение эффективности при использовании предложенного способа по сравнению с лазерной сваркой в среде инертных газов при атмосферном давлении можно узнать из соотношения площадей поперечного сечения сварных швов, полученных.этими способами, тэк как скорость сварки, интенсивность лазерного излучения и материал свариваемых изделий были одинаковы в обоих случаях. Площадь поперечного сечения сварного шва при сварке предложенным способом равна $1=0,65 мм; при сварке в среде гелия — $г = 0,0675 мм2; при сварке в среде аргона — $з = 0,0432 мм, Таким образом, получено повышение эффективности сварочного процесса при использовании предложенного способа по сравнению с лазерной сваркой в среде гелия в 9,63 раза; по сравнению с лазерной сваркой в среде аргона в 15,0 раз.

Формула изобретения

Способ сварки непрерывным лаэерйым излучением, при котором процесс ведут в сварочной камере при остаточном давлении ниже атмосферного, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и улучшения качества сварного соединения, процесс осуществляют при остаточном давлении в сварной камере. равном 5 1,0 -1 . 10 мм рт.ст.

1808588

Корректор М,Максимишинец

Редактор

Заказ 1244 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Составитель Т.Олесова

Техред М. Моргентал

Рнасо у