Способ лазерной сварки заготовок больших толщин

Изобретение относится к способу лазерной сварки заготовок больших толщин. Свариваемые металлические заготовки фиксируют на сварочном столе или на полете портальной установки. Сварку производят путем наведения лазерного луча в стык между заготовками, подвода механизма подачи присадочной проволоки или сварочной горелки с плавящимся электродом в случае гибридной лазерно-дуговой сварки. За 5-10 секунд до включения лазера и начала движения вдоль стыка включают магнитное поле, действующее продольно на расплав. Индукторы, создающие постоянное магнитное поле, перемещают вдоль шва синхронно с лазерным лучом и дуговой горелкой. Создаваемое магнитное поле посредством продольного перемешивания расплавленного металла способствует перемешиванию, проникновению и равномерному распределению легирующих химических элементов, входящих в состав подаваемой присадочной проволоки, на всю глубину металла сварного шва, что обеспечивает высокие механические и эксплуатационные свойства сварного шва. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области лазерной сварки с присадочным материалом.

Известно электромагнитное устройство для перемешивания расплава сварочной ванны при плазменной наплавке, защищенное патентом на полезную модель (патент №129861, МПК B23K 9/04 (2006.01), B23K 9/32 (2006.01), опубликовано 10.07.2013), включающее использование плазматрона наплавочной установки, содержащее электромагнит с сердечником. Сердечник изготовлен П-образным, причем одна его сторона выполнена с кольцевой частью для установки в него плазмотрона. Однако известное устройство не обеспечивает большой глубины (10-25 мм) перемешивания расплавленного металла.

Известен способ стабилизации и удерживания сварочной ванны постоянным магнитным полем при лазерной сварке больших толщин (статья: About the influence of a steady magnetic field on weld pool dynamics in partial penetration high power laser beam welding of thick aluminium parts Marcel Bachmann, Vjaceslav Avilov, Andrey Gumenyuk, Michael Rethmeier International Journal of Heat and Mass Transfer 60 (2013) 309-321), наиболее близкий к заявляемому изобретению и принятый за прототип, включающий воздействие постоянного магнитного поля на металл сварочной ванны при лазерной сварке алюминиевых сплавов лазерами большой мощности. Техническим результатом исследований, представленных в вышеуказанной работе, является положительное влияние постоянного магнитного поля на стабилизацию поведения и удерживание жидкой сварочной ванны, расплавленной лазерным лучом большой мощности.

Однако известный способ предназначен для стабилизации и удерживания жидкого металла сварочной ванны от провисания и вытекания, получаемой без применения присадочного материала.

Техническая проблема, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в создании способа лазерной сварки заготовок больших толщин, предназначенного для увеличения глубины проникания и равномерного распределения химических элементов присадочного материала при лазерной сварке заготовок больших толщин (10-25 мм).

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в увеличении глубины проникания и равномерном распределении химических элементов присадочного материала на всю глубину металла сварного шва, при сварке заготовок больших толщин.

Технический результат достигается тем, что способ лазерной сварки заготовок больших толщин, включающий воздействие постоянного магнитного поля на жидкий металл сварочной ванны, отличается тем, что в сварочную ванну подают присадочный материал, а постоянное магнитное поле накладывают продольно направлению сварки, воздействуя на процесс перемешивания, проникновения и равномерного распределения химических элементов присадочного материала на всю глубину металла сварного шва, при этом для свариваемых заготовок толщиной 10-25 мм выбирают режимы лазерной сварки: скорость перемещения лазерного луча 10-40 мм/сек, мощность лазерного луча 5-25 кВт, оптимальная индукция магнитного поля находится в диапазоне 0,1-1,0 Тесла.

Индукторы, создающие постоянное магнитное поле, перемещают вдоль шва синхронно с перемещением лазерного луча.

Свариваемые заготовки перемещают относительно неподвижных индукторов и неподвижного лазерного луча.

В качестве присадочного материала используют металлическую проволоку или металлический порошок химического состава, соответствующего химическому составу свариваемого материала.

Лазерную сварку производят с плавным нарастанием мощности лазерного луча в начале сварки и плавным убыванием мощности лазерного луча в конце сварки.

На фигуре 1 представлена принципиальная схема осуществления лазерной сварки с присадочным материалом с наложением магнитного поля.

На фигуре 2 представлена принципиальная схема осуществления лазерной сварки с присадочным материалом с наложением магнитного поля, вид сверху, в начальной точке.

На фигуре 3 представлено продольное сечение сварочной ванны в процессе сварки и предполагаемое воздействие на сварочную ванну магнитного поля.

Позиции на фигурах: 1 - лазерный луч, 2 - свариваемые заготовки, 3 - присадочная проволока, 4 - индукторы, 5 - направление движения, 6 - расплавленный присадочный материал в жидкой сварочной ванне, 7 - траектория движения металла сварочной ванны под воздействием внешнего магнитного поля.

Устройство для осуществления способа состоит из роботизированного комплекса лазерной сварки, сварочной головы, магнитного индуктора, системы подачи защитного газа, сварочного стола, прижимных устройств, свариваемых заготовок 2.

Сущность способа заключается в следующем.

Механической и химической обработкой подготавливают свариваемые заготовки 2 необходимых размеров в диапазоне (Д×Ш×Т) 300×100×10 мм до 3000×1500×25 мм из токопроводящих металлов. Свариваемые заготовки 2 фиксируют на сварочном столе или на полете портальной установки (на фигуре не показано). Сварку производят путем наведения лазерного луча в стык между заготовками, подвода механизма подачи присадочной проволоки, за 5-10 секунд до включения лазера и начала движения вдоль стыка посредством роботизированного комплекса включается магнитное поле, действующее продольно на расплав, индукторы 4, создающие постоянное магнитное поле, перемещаются вдоль шва синхронно с лазерным лучом. Создаваемое магнитное поле посредством продольного перемешивания расплавленного металла способствует перемешиванию, проникновению и равномерному распределению химических элементов, входящих в состав подаваемого присадочного материала, на всю глубину металла сварного шва, что обеспечивает высокие механические и эксплуатационные свойства сварного шва. Мощность лазерного луча выбирается с целью обеспечения сквозного проплава обеих заготовок, скорость подачи присадочного материала зависит от толщины свариваемых заготовок и скорости сварки.

Траектория перемещения сварочного луча и режимы сварки задаются программой роботизированного комплекса.

При осуществлении сварочного процесса используется плавное нарастание и убывание мощности лазерного луча 1 с целью обеспечения стабильности процесса сварки, т.е. спокойного поведения расплавленного металла и улучшения косметических характеристик сварного шва.

По окончании сварочного процесса магнитное поле продолжает действовать на расплав в течение 10-30 секунд, до полного затвердевания расплавленного металла, это зависит от толщины свариваемых заготовок и режимов сварки.

Основными параметрами режимов лазерной сварки с присадочным материалом являются линейная скорость сварки, мощность лазерного излучения, скорость подачи присадочного материала. Мощность лазерного излучения, линейная скорость перемещения, скорость подачи присадочного материала задаются программой роботизированного комплекса.

Используют токопроводящие металлы и сплавы.

Режимы лазерной сварки зависят от природы материала, толщины свариваемых заготовок 2, находятся в диапазоне: скорость перемещения лазерного луча 10-40 мм/с, мощность лазерного луча 5-25 кВт, индукция магнитного поля 0,1-1,0 Тесла. Индукторы устанавливают так, чтобы создавалось продольное направление вращения магнитного поля с направлением сверху вниз.

Режимы нарастания в начале процесса сварки и убывания в конце мощности лазерного луча 1 влияют на качество поверхности сварного шва и минимизацию механической обработки после лазерной сварки, так как положительно влияют на поведение металла в расплавленном состоянии, т.е. не происходит ударного взаимодействия лазерного излучения большой мощности со свариваемыми металлическими листами. Оптимальный режим нарастания мощности лазерного луча 2 до 5-25 кВт за 400-1200 миллисекунд, убывания с 25-5 кВт за 800-1500 миллисекунд.

Таким образом, за счет продольного влияния постоянного магнитного поля на ванну расплавленного металла посредством продольного перемешивания расплавленного металла достигается равномерная кристаллизация, перемешивание, проникновение и равномерное распределение химических элементов, входящих в состав подаваемого присадочного материала, на всю глубину металла сварного шва, что обеспечивает высокие механические и эксплуатационные свойства сварного шва.

1. Способ лазерной сварки заготовок больших толщин, включающий воздействие постоянного магнитного поля на жидкий металл сварочной ванны, отличающийся тем, что в сварочную ванну подают присадочный материал, при этом постоянное магнитное поле накладывают продольно направлению сварки, воздействуя на процесс перемешивания, проникновения и равномерного распределения химических элементов присадочного материала на всю глубину металла сварного шва, причем лазерную сварку заготовок толщиной 10-25 мм выполняют со скоростью перемещения лазерного луча 10-40 мм/с, мощностью лазерного луча 5-25 кВт и индукцией магнитного поля в диапазоне 0,1-1,0 Тесла.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что создают постоянное магнитное поле посредством индукторов, которые перемещают вдоль шва синхронно с перемещением лазерного луча.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что свариваемые заготовки перемещают относительно неподвижных индукторов и неподвижного лазерного луча.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве присадочного материала используют металлическую проволоку или металлический порошок химического состава, соответствующего химическому составу материала свариваемых заготовок.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу сварки внахлест, нахлесточному сварному соединению, способу изготовления нахлесточного сварного соединения и детали автомобиля, которая содержит нахлесточное соединение.

Изобретение относится к области лазерной шаговой шовной сварки для соединения двух или более металлических заготовок, наложенных друг на друга. Система содержит источник лазерного излучения, опорную колонну, оптическую головку для фокусировки лазерного луча в зоне сварки, установленную с возможностью перемещения в осевом направлении вдоль опорной колонны, рабочий орган, установленный на опорной колонне с возможностью перемещения вместе с оптической головкой в положение сварки и с возможностью нажима на переднюю металлическую заготовку перед зоной сварки с заданной силой, уловитель лазерного излучения, расположенный с обратной стороны задней металлической заготовки напротив зоны сварки с датчиком для регистрации светового излучения, проникающего через зону сварки, и контроллер, выполненный с возможностью формирования корректировки силы нажима между свариваемыми заготовками.

Изобретение относится к области лазерной сварки и оборудования для нее. Клещи содержат источник лазерного излучения, опорную колонну, оптическую головку для фокусировки лазерного луча в зоне сварки, первый рабочий орган, установленный на опорной колонне и выполненный с возможностью прижима одной из металлических заготовок в положении сварки.

Изобретение относится к способам лазерной сварки внахлест листов конструкционной стали и сплавов алюминия и может быть использовано в машиностроении. Перед сваркой контактируемые поверхности соединяемых листов обрабатывают лазерной чисткой.

Группа изобретений относится к способу соединения и разъединения труб для добычи битуминозной нефти и устройству для лазерной стыковой сварки и резки труб. Техническим результатом является повышение надежности колонны труб при закачке теплоносителя.

Изобретение относится к области лучевой сварки и может быть использовано в производстве панельных стрингерных конструкций. Способ включает установку стрингера на бурт, выполненный на обшивке по месту расположения стрингера, и его прихватку, позиционирование и прижим стрингера в зоне сварки посредством головки с направляющими роликами, сварку стрингера с буртом обшивки одновременно двумя лучами, направленными с двух противоположных сторон стрингера и перемещаемыми вдоль сварного стыка стрингера.

Изобретение относится к способу лазерной сварки соединений труба - трубная доска. Предварительно перед сваркой осуществляют сборку соединений труба - трубная доска с зазором меньше 0,2 мм.

Способ изготовления зубца (18) вил для погрузочно-транспортных устройств с, по существу, горизонтальной в рабочем положении лопастью (5) вил и прилегающей к ней через изгиб вил, по существу, вертикальной спинкой (20) вил, которая снабжена присоединительными элементами (2, 3) для транспортных устройств, причем зубец вил состоит из нескольких соединенных друг с другом частей, заключается в том, что, по крайней мере, некоторое количество частей сваривается друг с другом.

Изобретение относится к способу соединения двух или более деталей посредством холодного стыкового соединения и лазерной сваркой и может применятся в различных отраслях машиностроения.

Изобретение относится к сварке, в частности к сварке концентрированным источником энергии, и может быть использовано при сварке тонколистового материала плазменной дугой или лазерным излучением в различных областях техники.

Изобретение относится к способу лазерной сварки продольного шва трубы (варианты). Способ включает подготовку под сварку с выполнением притупления на кромках трубной заготовки, формовку трубы, сборку и сварку лазерным лучом с наложением корневого шва сверху и сварного шва.

Изобретение относится способу ремонта трубы с продольном швом. Ремонт включает обнаружение дефекта, выборку дефекта и заплавление выборки.

Изобретение относится к способу и устройству для сварки тонкопленочных изделий из металлов. Воздействуют импульсами светового излучения с плотностью 103 – 104 Вт/см2 на металлические тонкие пленки.

Изобретение относится к способу соединения верхнего полоза салазок автомобильного сиденья с крепежной скобой рамы автомобильного сиденья. Способ включает наложение нижней поверхности продольной установочной площадки заданной длины в основании крепежной скобы на верхнюю плоскую горизонтальную продольную поверхность в вершине верхнего полоза; наложение дополнительной накладной пластины на нижнюю поверхность горизонтальной плоскости на участке, соответствующем месту расположения установочной площадки; и соединение накладной пластины, установочной площадки и горизонтальной плоскости сваркой со стороны нижней поверхности накладной пластины.

Изобретение может быть использовано для изготовления деталей, в частности автомобильных, содержащих множество стальных листов, соединенных внахлестку точечной контактной сваркой.

Изобретение относится к алюминиевому сплаву системы Al-Si-Cu и листовому продукту с этим сплавом, предназначенным в основном для использования в транспортных средствах.

Изобретение относится к способу получения формованных изделий посредством метода трансмиссионной лазерной сварки и их применению в различных областях. Применение термопластичных формовочных масс, содержащих в качестве основных компонентов А) полиалкилентерефталат, В) Na2CO3, K2CO3, NaHCO3, KHCO3 или их смесей из расчета на 100 мас.% А) и В), а также C) другие присадки, выбранные из группы, включающей каучуки, волокнистые или гранулированные наполнители, стабилизаторы, антиокислители, средства против термического разложения и разложения под действием ультрафиолетового излучения, смазки и средства для отделения от формы, красящие средства, такие как красители и пигменты, и размягчители, причем сумма мас.% А - С) составляет 100%, для получения проницаемых для лазерного излучения формованных изделий.

Изобретение относится к способу соединительной сварки встык оснащенных покрытием стальных листов (1). К сварочному расплаву (6) через, по меньшей мере, один проточный канал (10) подводят, по меньшей мере, одну порошкообразную сварочную присадку (8) в форме потока (9) газа и порошка.

Изобретение может быть использовано при изготовлении пластинчатых теплообменников и решетчатых конструкций. Перпендикулярно основанию 1 панели на его внутренней стороне 7 с помощью сварного соединения закреплены ребра 3.

Изобретение относится к способу изготовления сваренной лазером стальной трубы. Лазерная сварка включает испускание двух лазерных лучей вдоль краев на верхней поверхности открытой трубы.

Изобретение относится к способу лазерной сварки заготовок больших толщин. Свариваемые металлические заготовки фиксируют на сварочном столе или на полете портальной установки. Сварку производят путем наведения лазерного луча в стык между заготовками, подвода механизма подачи присадочной проволоки или сварочной горелки с плавящимся электродом в случае гибридной лазерно-дуговой сварки. За 5-10 секунд до включения лазера и начала движения вдоль стыка включают магнитное поле, действующее продольно на расплав. Индукторы, создающие постоянное магнитное поле, перемещают вдоль шва синхронно с лазерным лучом и дуговой горелкой. Создаваемое магнитное поле посредством продольного перемешивания расплавленного металла способствует перемешиванию, проникновению и равномерному распределению легирующих химических элементов, входящих в состав подаваемой присадочной проволоки, на всю глубину металла сварного шва, что обеспечивает высокие механические и эксплуатационные свойства сварного шва. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх