Гибридные технологии лазерной сварки: Учебное пособие

Листать книгу

Страницы: ... ...

скачать книгу Гибридные технологии лазерной сварки: Учебное пособие

Рекомендовано учебно-методическим объединением вузов по образованию в области машиностроения и приборостроения в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов 6514 «Машиностроительные технологии и оборудование», специальность 1207 «Машины и технология высокоэффективных процессов обработки материалов»
...
Рекомендовано учебно-методическим объединением вузов по образованию в области машиностроения и приборостроения в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов 6514 «Машиностроительные технологии и оборудование», специальность 1207 «Машины и технология высокоэффективных процессов обработки материалов»
...
В учебном пособии рассмотрены основы современных технологий гибридных методов лазерной сварки, а также основные технологические недостатки лазерной сварки. Представлены примеры практического применения технологии гибридных методов лазерной сварки. Для студентов старших курсов, обучающихся по специальности «Машины и технология высокоэффективных процессов обработки материалов», и инженеров-технологов машиностроительных предприятий.
...
Уникальные свойства лазерного излучения - высокая монохроматичность и когерентность, низкая расходимость позволили создать перспективный вид высококонцентрированного теплового источника энергии. Луч лазера, как сварочный источник энергии, открыл новые технологические возможности в теории и практике сварочных процессов. Лазер, в настоящее время, является единственным доступным сварочным источником энергии, который при атмосферных условиях позволяет получить плотности мощности более 106 Вт/см2, реализующие режим глубокого проплавления.
...
Любое сравнение лазерной сварки с другими методами является достаточно условным, поскольку каждый метод сварки, имеет свои определенные преимущества и недостатки, которые определяют области оптимального технико-экономического применения.
...
Лазерная сварка в процессе своего научно-технического развития получила свое дальнейшее развитие в виде создания гибридных методов сварки - двухлучевой лазерной, лазерно-дуговой, лазерно-индукционной, лазерно-плазменной, лазерно-светолучевой, которые находят все большее применение в промышленности вследствие своей высокой технико-экономической эффективности.
...
Соединение различных методов сварки с лазерной, в единый технологический сварочный процесс, позволяет нивелировать недостатки каждого метода сварки и получить новое качество в виде функции расширения технологических возможностей.
...
В настоящее время лазеры являются стандартным технологическим оборудованием многих промышленных предприятий, поэтому знание основных технологических возможностей, экономической эффективности, областей практического применения лазерной и гибридных лазерных методов сварки является непременным условием образовательного уровня современного инженера-технолога по сварочным технологиям.
...
В данном учебном пособии обобщен теоретический и практический опыт гибридных способов лазерной сварки конструкционных материалов, произведен сравнительный количественный и качественный технико-экономический анализ гибридных способов лазерной сварки.
...
Уникальные свойства лазерного излучения - высокая монохроматичность и когерентность, низкая расходимость позволили создать перспективный вид высококонцентрированного теплового источника энергии. Луч лазера, как сварочный источник энергии, открыл новые технологические возможности в теории и практике сварочных процессов. Лазер, в настоящее время, является единственным доступным сварочным источником энергии, который при атмосферных условиях позволяет получить плотности мощности более 106 Вт/см2, реализующие режим глубокого проплавления.
...
Любое сравнение лазерной сварки с другими методами является достаточно условным, поскольку каждый метод сварки, имеет свои определенные преимущества и недостатки, которые определяют области оптимального технико-экономического применения.
...
Лазерная сварка в процессе своего научно-технического развития получила свое дальнейшее развитие в виде создания гибридных методов сварки - двухлучевой лазерной, лазерно-дуговой, лазерно-индукционной, лазерно-плазменной, лазерно-светолучевой, которые находят все большее применение в промышленности вследствие своей высокой технико-экономической эффективности.
...
Соединение различных методов сварки с лазерной, в единый технологический сварочный процесс, позволяет нивелировать недостатки каждого метода сварки и получить новое качество в виде функции расширения технологических возможностей.
...
В настоящее время лазеры являются стандартным технологическим оборудованием многих промышленных предприятий, поэтому знание основных технологических возможностей, экономической эффективности, областей практического применения лазерной и гибридных лазерных методов сварки является непременным условием образовательного уровня современного инженера-технолога по сварочным технологиям.
...
Лазерная сварка, обладая определенными преимуществами перед известными классическими методами сварки, в то же время, как и любой другой метод сварки, имеет недостатки, которые, в большинстве своем, обусловлены физикой взаимодействия лазерного излучения с веществом или являются логическим следствием ее преимуществ.
...
1.1. Поглощение лазерного излучения обрабатываемой поверхностью Поглощательная способность - А обрабатываемой лазерным излучением поверхности зависит от длины волны лазерного излучения, температуры и оптических свойств поверхности вполне определенными для каждого металла. На рис. 1 показана зависимость поглощательной способности стали и алюминия, как функция длины волны лазерного излучения, при комнатной температуре. Поглощательная способность алюминия составляет около 2%, при применении СО2 - лазера с длиной волны 10,6 мкм, и 5%-10% при применении твердотельного лазера X = 1,06 мкм. Что касается металлических материалов, то лазерное излучение поглощается в скин-слое и через электроны, в области проводимости, энергия передается в глубь металла, то есть передача тепла металлу происходит за счет столкновений электронов, поглотивших лазерное излучение, с кристаллической решеткой и другими электронами. Этот процесс развивается на глубине 0,1 + 1 мкм, за промежуток времени примерно равный 10-11 сек. Постепенно температура электронного
...
газа и кристаллической решетки выравниваются и примерно через 10 ^ 10 сек можно говорить об общей температуре металла в зоне обработки.
...
Низкий уровень поглощательной способности обрабатываемой поверхности и ее зависимость от длины волны лазерного излучения является существенным недостатком технологии лазерной обработки, так как приводят к значительному повышению порогового значения уровня плотности мощности, необходимой для обработки материала.
...
Лазерная сварка, обладая определенными преимуществами перед известными классическими методами сварки, в то же время, как и любой другой метод сварки, имеет недостатки, которые, в большинстве своем, обусловлены физикой взаимодействия лазерного излучения с веществом или являются логическим следствием ее преимуществ.
...
1.1. Поглощение лазерного излучения обрабатываемой поверхностью Поглощательная способность - А обрабатываемой лазерным излучением поверхности зависит от длины волны лазерного излучения, температуры и оптических свойств поверхности вполне определенными для каждого металла. На рис. 1 показана зависимость поглощательной способности стали и алюминия, как функция длины волны лазерного излучения, при комнатной температуре. Поглощательная способность алюминия составляет около 2%, при применении СО2 - лазера с длиной волны 10,6 мкм, и 5%-10% при применении твердотельного лазера X = 1,06 мкм. Что касается металлических материалов, то лазерное излучение поглощается в скин-слое и через электроны, в области проводимости, энергия передается в глубь металла, то есть передача тепла металлу происходит за счет столкновений электронов, поглотивших лазерное излучение, с кристаллической решеткой и другими электронами. Этот процесс развивается на глубине 0,1 + 1 мкм, за промежуток времени примерно равный 10-11 сек. Постепенно температура электронного
...
Низкие значения поглощательной способности металлов делают, на первый взгляд, малоэффективным использование мощных лазеров в металлообработке. Однако поглощательная способность металла может быть существенно повышена специальной обработкой поверхности -увеличением исходной шероховатости, нанесением специальных покрытий, созданием окисной пленки, а также с использованием физических методов.
...
Технологические операции изменения шероховатости поверхности, нанесения специальных покрытий увеличивают длительность технологических циклов и трудоемки, поэтому желательна замена или исключение из технологического цикла изготовления детали данных техпроцессов.
...
Более целесообразным является воздействие на обрабатываемую поверхность дополнительными источниками нагрева, которые производятся одновременно (параллельно) с лазерной сваркой и, изменяя физико-оптические свойства поверхности, значительно увеличивают погло-щательную способность обрабатываемой поверхности.
...
Поглощательная способность неокисленной металлической поверхности лазерного излучения с длиной волны X = 10,6 мкм описывается уравнением Хагена-Рубенса.
...
Поскольку электропроводность металлов уменьшается при увеличении температуры, то, соответственно, возрастает и коэффициент поглощения. При переходе металла из твердого состояния в жидкое, число электронов проводимости на один атом металла, плотность металла, удельное сопротивление металла по постоянному току изменяются (рис. 2).
...
Низкие значения поглощательной способности металлов делают, на первый взгляд, малоэффективным использование мощных лазеров в металлообработке. Однако поглощательная способность металла может быть существенно повышена специальной обработкой поверхности -увеличением исходной шероховатости, нанесением специальных покрытий, созданием окисной пленки, а также с использованием физических методов.
...
Технологические операции изменения шероховатости поверхности, нанесения специальных покрытий увеличивают длительность технологических циклов и трудоемки, поэтому желательна замена или исключение из технологического цикла изготовления детали данных техпроцессов.
...
Более целесообразным является воздействие на обрабатываемую поверхность дополнительными источниками нагрева, которые производятся одновременно (параллельно) с лазерной сваркой и, изменяя физико-оптические свойства поверхности, значительно увеличивают погло-щательную способность обрабатываемой поверхности.
...
Поглощательная способность неокисленной металлической поверхности лазерного излучения с длиной волны X = 10,6 мкм описывается уравнением Хагена-Рубенса.
...
Изменение данных физических величин приводит, в соответствии с законом Хагена-Рубенса, к повышению коэффициента поглощения в точке плавления металла (рис. 3).
...
В качестве дополнительных источников воздействия, для изменения оптических свойств поверхности, может выступать электрическая дуга, струя плазмы, светолучевая обработка, которые, действуя одновременно (параллельно) с лазерным излучением, изменяют коэффициент поглощения обрабатываемой поверхности и одновременно участвуют в образовании и формировании сварного шва.
...
Существенное значение на свариваемость металлов оказывают термические сварочные циклы. Лазерная сварка обладает жестким термическим циклом. Скорость нагрева в сварном шве характеризуется значением 1,4 • 104 град/с. Скорость нагрева в зоне термического влияния в интервале полиморфного превращения сталей составляет 5 • 103 град/с., а скорость охлаждения 5 • 102 град/с. Уменьшение жесткости термического цикла, в определенных случаях, может благоприятно сказываться на свариваемость.
...
Уменьшение жесткости сварочного термического цикла может быть реализовано одновременным наложением термического цикла лазерной сварки и менее жестких термических циклов других методов сварки, например, индукционной, плазменной, светолучевой, используя их в режиме предварительного или сопутствующего подогрева (рис. 4).
...
Изменение данных физических величин приводит, в соответствии с законом Хагена-Рубенса, к повышению коэффициента поглощения в точке плавления металла (рис. 3).
...
В качестве дополнительных источников воздействия, для изменения оптических свойств поверхности, может выступать электрическая дуга, струя плазмы, светолучевая обработка, которые, действуя одновременно (параллельно) с лазерным излучением, изменяют коэффициент поглощения обрабатываемой поверхности и одновременно участвуют в образовании и формировании сварного шва.
...
Существенное значение на свариваемость металлов оказывают термические сварочные циклы. Лазерная сварка обладает жестким термическим циклом. Скорость нагрева в сварном шве характеризуется значением 1,4 • 104 град/с. Скорость нагрева в зоне термического влияния в интервале полиморфного превращения сталей составляет 5 • 103 град/с., а скорость охлаждения 5 • 102 град/с. Уменьшение жесткости термического цикла, в определенных случаях, может благоприятно сказываться на свариваемость.
...
Как видно (рис. 4в) жесткость термического цикла снижается при гибридной лазерно-индукционной сварке, что благоприятно сказывается, в отдельных случаях, на технологической прочности сварного соединения.
...
Процесс порообразования относится к сложным физико-химическим явлениям и его развитие обусловлено не только свойствами исходного металла, но и параметрами сварки. Рассмотрим порообразование применительно к лазерной сварке алюминиевых сплавов. Одной из основных причин порообразования при сварке алюминия и его сплавов является водород, попадающий в металл сварочной ванны из основного и присадочного металла. Из-за высокого сродства расплавленного металла к водороду и "падения растворимости", которое имеет место во время кристаллизации алюминия, необходимо принять меры по предотвращению любого притока водорода в зону шва (рис. 5). Расплавленный алюминиевый сплав при температуре 660°С может растворить около 0,7см3/100 г водорода - то при температуре 658°С, как только он кристаллизовался,
...
Как видно (рис. 4в) жесткость термического цикла снижается при гибридной лазерно-индукционной сварке, что благоприятно сказывается, в отдельных случаях, на технологической прочности сварного соединения.
...
только 0,036 см3/100 г. Одной из отличительных черт лазерной сварки является низкая погонная энергия, что означает, что для обратной диффузии водорода остается очень мало времени - ситуация, которая, в конечном счете, приводит к образованию водородных пор. С другой стороны, используя методы сварки в которых погонная энергия выше, сварочная ванна больше, больше время кристаллизации - что благоприятно сказывается на эвакуацию большего количества водорода и, соответственно уменьшение пористости.
...
Таким образом, уменьшение длительности существования жидкой фазы расплава сварочной ванны должно подавлять развитие зародышей пузырьков, а увеличение - способствовать их росту и, следовательно, эвакуации пузырьков из жидкой фазы сварочной ванны. Увеличение длительности существования сварочной ванны возможно за счет увеличения погонной энергии.
...
Снижением погонной энергии (ужесточением термического цикла сварки) можно уменьшить размер пор (суммарный объем несплошностей) за счет сокращения времени развития газовых пузырьков. Однако при этом давление водорода в порах будет повышенным из-за того, что большая часть влаги будет реагировать с уже закристаллизовавшимся металлом с выделением водорода в объем несплошностей.
...
Исследование лазерной сварки сплавов алюминия показало, что гибридная двухлучевая лазерная сварка позволяет уменьшить порообразование, за счёт снизижения жесткости термического цикла.
...
При определенных, высоких, скоростях лазерной сварки (Усв > 200 мм/с) качественное формирование швов нарушается в результате образования так называемых "горбов", ("всплесков").
...
только 0,036 см3/100 г. Одной из отличительных черт лазерной сварки является низкая погонная энергия, что означает, что для обратной диффузии водорода остается очень мало времени - ситуация, которая, в конечном счете, приводит к образованию водородных пор. С другой стороны, используя методы сварки в которых погонная энергия выше, сварочная ванна больше, больше время кристаллизации - что благоприятно сказывается на эвакуацию большего количества водорода и, соответственно уменьшение пористости.
...
Таким образом, уменьшение длительности существования жидкой фазы расплава сварочной ванны должно подавлять развитие зародышей пузырьков, а увеличение - способствовать их росту и, следовательно, эвакуации пузырьков из жидкой фазы сварочной ванны. Увеличение длительности существования сварочной ванны возможно за счет увеличения погонной энергии.
...
Снижением погонной энергии (ужесточением термического цикла сварки) можно уменьшить размер пор (суммарный объем несплошностей) за счет сокращения времени развития газовых пузырьков. Однако при этом давление водорода в порах будет повышенным из-за того, что большая часть влаги будет реагировать с уже закристаллизовавшимся металлом с выделением водорода в объем несплошностей.
...
Исследование лазерной сварки сплавов алюминия показало, что гибридная двухлучевая лазерная сварка позволяет уменьшить порообразование, за счёт снизижения жесткости термического цикла.
...
1.4. Гидродинамическая неустойчивость ванны расплава при высоких скоростях лазерной сварки
...
Причины образования горбов следующие. При сварке со сквозным проплавлением существует множество факторов (возмущений), вызывающих нарушение качественного формирования шва. К ним относятся возмущения, обусловленные технологической наследственностью, определяемые химической и структурной неоднородностью металла, а также системными ошибками технологической подготовки производства (колебаниями толщины зазора, угла скоса кромок свариваемых деталей и др.). Технологические возмущения приводят к случайным изменениям кривизны жидкой фазы расплава металла шва и соответственно к изменению сил поверхностного натяжения, что вызывает перепад давлений в жидкой фазе поперечного сечения сварочной ванны, который приводит к торможению жидкой фазы металла части ванны шва. В месте торможения жидкой фазы увеличивается объем жидкого металла и при кристаллизации образуется "горб".
...
Таким образом, жидкая фаза ванны расплава шва испытывает гидродинамическую неустойчивость, ведущую, на больших скоростях сварки, к образованию "горба".
...
Использование дополнительных источников нагрева в виде второго, менее мощного луча, дуги или плазмы позволяет сглаживать образующиеся "горбы".
...
Высокие значения коэффициента сосредоточенности лазерного сварочного источника энергии определяют минимальные объемы расплава сварочной ванны, а режим глубокого про-плавления - высокое значение коэффициента формы шва. Вышеуказанные факторы предъявляют более высокие требования к точности геометрии сборки свариваемых деталей под сварку, по сравнению с аргоно-дуговой сваркой (АРДС).
...
Например, при сварке в стык, без присадки (рис. 6), конструкционных сталей толщиной Н, требования предъявляемые к зазору в стыке - Ь и смещение кромок - АН при лазерной сварке -ЛС являются более жесткими по сравнению с АРДС (таблица №1).
...
Причины образования горбов следующие. При сварке со сквозным проплавлением существует множество факторов (возмущений), вызывающих нарушение качественного формирования шва. К ним относятся возмущения, обусловленные технологической наследственностью, определяемые химической и структурной неоднородностью металла, а также системными ошибками технологической подготовки производства (колебаниями толщины зазора, угла скоса кромок свариваемых деталей и др.). Технологические возмущения приводят к случайным изменениям кривизны жидкой фазы расплава металла шва и соответственно к изменению сил поверхностного натяжения, что вызывает перепад давлений в жидкой фазе поперечного сечения сварочной ванны, который приводит к торможению жидкой фазы металла части ванны шва. В месте торможения жидкой фазы увеличивается объем жидкого металла и при кристаллизации образуется "горб".
...
Таким образом, жидкая фаза ванны расплава шва испытывает гидродинамическую неустойчивость, ведущую, на больших скоростях сварки, к образованию "горба".
...
Использование дополнительных источников нагрева в виде второго, менее мощного луча, дуги или плазмы позволяет сглаживать образующиеся "горбы".
...
Высокие значения коэффициента сосредоточенности лазерного сварочного источника энергии определяют минимальные объемы расплава сварочной ванны, а режим глубокого про-плавления - высокое значение коэффициента формы шва. Вышеуказанные факторы предъявляют более высокие требования к точности геометрии сборки свариваемых деталей под сварку, по сравнению с аргоно-дуговой сваркой (АРДС).
...
1.5 Требования к геометрии сборки свариваемых деталей
...
1.6 Требования к стабильности диаграммы направленности лазерного Излучения
...
Стабильность диаграммы направленности определяется не только лазером, но и системой транспортировки и фокусировки лазерного излучения.
...
При выборе вида сварочного источника энергии, для сварки конкретных изделий, необходимо учитывать, энергетическую и экономическую эффективность сварочного источника, а также качество и надежность полученных сварных соединений.
...
Оценку технико-экономической эффективности различных методов сварки производят по многим параметрам, в том числе по значению удельной плотности энергии - Же,
...
1.7 Технико-экономическая эффективность лазерной сварки
...
ЖЕ - плотность энергии, необходимая для образования шва; ]¥Цв - плотность энергии сварочного источника;
...
Стоимость одного ватта энергии концентрированного источника энергии, например свето-лучевой сварки, составляет примерно на парядок ниже стоимости одного ватта высококонцентрированного сварочного источника энергии. Поэтому объединение различных видов сварки в единый технологический процесс позволяет снизить стоимость одного Вт энергии сварочного источника энергии.
...
К настоящему времени дуговой разряд, как один из самых распространенных и дешевых видов сварочных источников, наталкивается в своем дальнейшем развитии на существенные трудности, связанные с недостаточной концентрацией энергии в электродуговой плазме и неустойчивостью горения дуги при высоких скоростях сварки. В связи с этим дуговой разряд, как технологический инструмент для реализации процессов сварки и металлообработки, не удовлетворяет современным требованиям промышленности в отношении производительности и качества сварных соединений. Лазерная сварка, как было сказано, также имеет определенные недостатки. Гибридная лазерно-дуговая сварка позволяет в значительной мере нивелировать вышеперечисленные недостатки, присущие каждому из указанных методов сварки.
...
Гибридная лазерно-дуговая сварка - это такой метод сварки, при котором формирование сварочной ванны происходит при одновременном действии лазерного излучения и сварочной дуги.
...
Процесс лазерно-дуговой сварки металлов может быть реализован по двум схемам - в первой схеме луч лазера и дуга действуют с разных сторон (рис. 9,а), во второй схеме воздействие дуги и луча осуществляется с одной стороны, по отношению к направлению сварки и нормали к поверхности металла (рис. 9,б). При совместном действии дуги и лазерного луча с одной стороны детали основанием дуги служит образованная лазерным лучом приповерхностная плазма, что способствует повышению скорости сварки, так как дуга, подплавляя поверхностный слой металла, способствует повышению коэффициента поглощения лазерного излучения. Выбор той или иной схемы лазерно-дугового процесса определяется, прежде всего, конструктивными особенностями сварного узла. Схема (а) может быть использована при сварке листовых материалов, а при сварке изделий типа обечайки предпочтительнее схема ( б).
...
К настоящему времени дуговой разряд, как один из самых распространенных и дешевых видов сварочных источников, наталкивается в своем дальнейшем развитии на существенные трудности, связанные с недостаточной концентрацией энергии в электродуговой плазме и неустойчивостью горения дуги при высоких скоростях сварки. В связи с этим дуговой разряд, как технологический инструмент для реализации процессов сварки и металлообработки, не удовлетворяет современным требованиям промышленности в отношении производительности и качества сварных соединений. Лазерная сварка, как было сказано, также имеет определенные недостатки. Гибридная лазерно-дуговая сварка позволяет в значительной мере нивелировать вышеперечисленные недостатки, присущие каждому из указанных методов сварки.
...
Гибридная лазерно-дуговая сварка - это такой метод сварки, при котором формирование сварочной ванны происходит при одновременном действии лазерного излучения и сварочной дуги.
...
Процесс лазерно-дуговой сварки металлов может быть реализован по двум схемам - в первой схеме луч лазера и дуга действуют с разных сторон (рис. 9,а), во второй схеме воздействие дуги и луча осуществляется с одной стороны, по отношению к направлению сварки и нормали к поверхности металла (рис. 9,б). При совместном действии дуги и лазерного луча с одной стороны детали основанием дуги служит образованная лазерным лучом приповерхностная плазма, что способствует повышению скорости сварки, так как дуга, подплавляя поверхностный слой металла, способствует повышению коэффициента поглощения лазерного излучения. Выбор той или иной схемы лазерно-дугового процесса определяется, прежде всего, конструктивными особенностями сварного узла. Схема (а) может быть использована при сварке листовых материалов, а при сварке изделий типа обечайки предпочтительнее схема ( б).
...
Процесс лазерно-дуговой сварки может осуществляться неплавящимся или плавящимся электродом. При использовании неплавящегося электрода дуга зажигается впереди по ходу сварки. Дуга подогревает металл и расплавляет его верхний слой, а лазерный луч осуществляет глубокое проплавление. В случае использования плавящегося электрода электрическую дугу зажигают позади сфокусированного лазерного излучения, которое проплавляет только соприкасающиеся части металла, например в У
...
Поскольку лазерно-дуговая сварка осуществляется двумя источниками нагрева, необходимо рассмотреть энергетический баланс процессов лазерной, дуговой и лазерно-дуговой сварки.
...
2.1. Основные энергетические характеристики процесса лазерно-дуговой сварки
...
Величина п определяется степенью влияния лазерного и дугового источника друг на друга, что в свою очередь зависит от соотношения мощностей источников, их взаимной геометрической ориентации и других параметров сварки.
...
При воздействии лазерного излучения и дуги в процессе сварки по второй геометрической схеме, КПД выше для случая, когда дуга располагается впереди по ходу движения лазерного луча (таблица 3).
...
В результате снижения КПД, с увеличением доли мощности дуги в суммарной мощности лазерно-дугового источника нагрева, уменьшается и скорость сварки, что подтверждается экспериментальными исследованиями (рис. 11).
...
Рис. 11. Предельные скорости сварки при проплавлении пластин толщиной 1,5 мм на всю глубину: 1—лазерно-дуговая сварка (Р=900 Вт); 2—лазерная сварка
...
Определялась предельная скорость Усв, обеспечивающая полный провар пластины из нержавеющей стали толщиной Н = 1,5 мм, при увеличении мощности источника нагрева, за счет повышения мощности дуги, при постоянном значении мощности лазерного луча - 900 Вт (рис. 11), кривая 1. На этом же рисунке нанесены расчетные (кривая 2) значения предельной скорости лазерной сварки в зависимости от мощности, полученные пересчетом по экспериментальному режиму (Р = 900 Вт, Усв
...
При лазерно-дуговой сварке электрические параметры дуги определяются не только процессами, происходящими в дуге, но и явлениями, возникающими при лазерном воздействии на металл.
...
При лазерно-дуговой сварке металлов напряжение на дуге ниже, чем напряжение при дуговой сварке (таблица 4), при практически постоянном сварочном токе эффект понижения напряжения на дуге свидетельствует об увеличении проводимости дугового промежутка.
...
В результате снижения КПД, с увеличением доли мощности дуги в суммарной мощности лазерно-дугового источника нагрева, уменьшается и скорость сварки, что подтверждается экспериментальными исследованиями (рис. 11).
...
Рис. 11. Предельные скорости сварки при проплавлении пластин толщиной 1,5 мм на всю глубину: 1—лазерно-дуговая сварка (Р=900 Вт); 2—лазерная сварка
...
Определялась предельная скорость Усв, обеспечивающая полный провар пластины из нержавеющей стали толщиной Н = 1,5 мм, при увеличении мощности источника нагрева, за счет повышения мощности дуги, при постоянном значении мощности лазерного луча - 900 Вт (рис. 11), кривая 1. На этом же рисунке нанесены расчетные (кривая 2) значения предельной скорости лазерной сварки в зависимости от мощности, полученные пересчетом по экспериментальному режиму (Р = 900 Вт, Усв
...
2.2. Электрические характеристики дуги при лазерно-дуговой сварке
...
общего напряжения на дуге при лазерно-дуговой сварке с мощностью изучения более 500 Вт происходит до одной и той же величины независимо от тока дуги (рис. 14).
...
Рис. 12. Зависимость напряжения на дуге от мощности лазерного излучения, при сварке нержавеющей стали (а): 1 - 1=75 А; 2 - 1=50 А; 3 - 1=20 А;
...
В соответствии с этим вольт-амперные характеристики дуги при лазерно-дуговой сварке смещены по отношению к вольт-амперным характеристикам дуги при дуговой сварке в сторону меньших напряжений, т. е. лазерное излучение оказывает такое же влияние, как и уменьшение длины дуги. Снижение анодного потенциала приводит к перераспределению напряжения по столбу дуги, повышению эффективности тепловвода электрической энергии в свариваемый металл и соответствующему влиянию на геометрию формирования шва.
...
Формирование геометрии проплавления при лазерно-дуговой сварке определяется энергетическим балансом энергии лазерного излучения и электрической дуги и их количественным соотношением между собой. При лазерной сварке с Wp > \¥кр формирование шва происходит в режиме кинжального проплавления, который характеризуется узким и глубоким швом с большим значением коэффициента формы шва.
...
Механизм формирования геометрии шва при дуговой сварке определяется механизмом теплопроводности и характеризуется низким значением коэффициента формы шва. Формирование геометрии проплавления при лазерно-дуговой сварке отвечает некоторому промежуточному соотношению глубины и ширины шва и может регулироваться относительным вкладом энергии каждого источника.
...
В зависимости от соотношения мощностей лазерного луча и дуги геометрия проплавления изменяется от типично лазерной до типично дуговой (рис. 13).
...
общего напряжения на дуге при лазерно-дуговой сварке с мощностью изучения более 500 Вт происходит до одной и той же величины независимо от тока дуги (рис. 14).
...
Рис. 12. Зависимость напряжения на дуге от мощности лазерного излучения, при сварке нержавеющей стали (а): 1 - 1=75 А; 2 - 1=50 А; 3 - 1=20 А;
...
В соответствии с этим вольт-амперные характеристики дуги при лазерно-дуговой сварке смещены по отношению к вольт-амперным характеристикам дуги при дуговой сварке в сторону меньших напряжений, т. е. лазерное излучение оказывает такое же влияние, как и уменьшение длины дуги. Снижение анодного потенциала приводит к перераспределению напряжения по столбу дуги, повышению эффективности тепловвода электрической энергии в свариваемый металл и соответствующему влиянию на геометрию формирования шва.
...
Формирование геометрии проплавления при лазерно-дуговой сварке определяется энергетическим балансом энергии лазерного излучения и электрической дуги и их количественным соотношением между собой. При лазерной сварке с Wp > \¥кр формирование шва происходит в режиме кинжального проплавления, который характеризуется узким и глубоким швом с большим значением коэффициента формы шва.
...
Механизм формирования геометрии шва при дуговой сварке определяется механизмом теплопроводности и характеризуется низким значением коэффициента формы шва. Формирование геометрии проплавления при лазерно-дуговой сварке отвечает некоторому промежуточному соотношению глубины и ширины шва и может регулироваться относительным вкладом энергии каждого источника.
...
Характер формирования зоны проплавления хорошо согласуется с результатами исследования эффективности процесса лазерно-дуговой сварки. При соотношении мощностей Р>Ид!
...
Лазерно-дуговая сварка характеризуется большим количеством независимо изменяемых параметров, к которым относятся мощность лазерного излучения P,
...
Особенности технологического процесса лазерно-дуговой сварки
...

Ультразвуковые диагностические приборы: Практическое руководство для пользователей
Неразрушающий контроль. В 5 кн. Кн. 2. Акустические методы контроля: Практ. пособие
Выбор марки стали и режима термической обработки деталей машин: Учебное пособие ...
Гибридные технологии лазерной сварки: Учебное пособие
Проектирование вакуумных систем сварочных установок: Учеб. пособие
Железоуглеродистые сплавы : Учеб. пособие
Основы систем автоматизированного проектирования в сварке: Учеб. пособие

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Гибридные технологии лазерной сварки: Учебное пособие