Главная


Гибридные технологии лазерной сварки: Учебное пособие




Листать книгу
Листать
Страницы: 1 ... 23 ... 49
26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49


скачать книгу Гибридные технологии лазерной сварки: Учебное пособие




Рис. 19. Схема процесса светолучевой сварки (Н - толщина листа): 1 - источник излучения; 2 - фокусирующий отражатель; 3 - свариваемые детали; 4 - сварочная ванна; 5 -оксидная пленка; 6 - распределение потока по пятну; 7 - конвективные потоки Сущность светолучевой обработки конструкционных материалов заключается в пре­образовании энергии света в тепловую энергию. Основными достоинствами светолучевых мето­дов обработки являются: отсутствие механического воздействия на обрабатываемую деталь; воз­можность плавного программного регулирования и поддержания температуры в зоне обработки.
...
При разработке технологии светолучевой сварки для повышения коэффициента А в каче­стве рабочей среды для низкоуглеродистых сталей целесообразно использовать воздух, а для вы­соколегированных - азот. Термические циклы при светолучевой сварке менее жесткие, чем при лазерной сварке или лазерно-индукционной (рис. 20)
...
Рис. 19. Схема процесса светолучевой сварки (Н - толщина листа): 1 - источник излучения; 2 - фокусирующий отражатель; 3 - свариваемые детали; 4 - сварочная ванна; 5 -оксидная пленка; 6 - распределение потока по пятну; 7 - конвективные потоки Сущность светолучевой обработки конструкционных материалов заключается в пре­образовании энергии света в тепловую энергию. Основными достоинствами светолучевых мето­дов обработки являются: отсутствие механического воздействия на обрабатываемую деталь; воз­можность плавного программного регулирования и поддержания температуры в зоне обработки.
...
При разработке технологии светолучевой сварки для повышения коэффициента А в каче­стве рабочей среды для низкоуглеродистых сталей целесообразно использовать воздух, а для вы­соколегированных - азот. Термические циклы при светолучевой сварке менее жесткие, чем при лазерной сварке или лазерно-индукционной (рис. 20)
...
Эти особенности определили следующие области применения метода: сварка в стык тонколистовых (0,3 + 4,0 мм) однородных и разнородных металлов и материалов (углеродистые и нержавеющие стали, титановые, алюминиевые, медные сплавы; неметаллические материалы: стекло, пластмасса, керамика; скорость сварки 10^60 м/час).
...
Возможность получать в зоне светолучевой обработки плотности мощности порядка 103 Вт/см2 и получать температуру до 3000°С может быть использована в гибридной лазерно-светолучевой сварке для предварительного или сопутствующего подогрева, для уменьшения же­сткости термического цикла при лазерной сварке. Изменение физико-химических свойств по­верхности материала, которое сопутствует светолучевой обработке, изменяет оптические свойст­ва поверхности и увеличивает коэффициент поглощения лазерного излучения и тем самым по­вышает эффективность сварки.
...
Гибридная технология лазерно-светолучевой сварки обеспечивает повышение скоро­сти сварки тонколистовых соединений толщиной до 1,0 мм. Световой луч обеспечивает закры­тие, в результате нагрева кромки тонколистового стыка, зазора перед лазерным лучом, что ис­ключает прожоги тонколистовых соединений и снижает затраты на подготовку кромок. Лазерно-светолучевая обработка позволяет программировать термический цикл в зоне обработки.
...
В настоящее время в выпускаются переносные светолучевые сварочные установки, кото­рые предназначены для ручной светолучевой сварки металлов и неметаллических материалов, сварки их комбинаций, пайки и резки металлов. В горелке используется ксеноновая дуговая лам­па мощностью от 1,0 кВт до 2,0 кВт с комбинированной системой водяного и воздушного охлаж­дения лампы. Горелки установок снабжены набором сменных насадок для выполнения работ в защитных газах и термической резки различных материалов. С помощью этих установок свари­вают металлы толщиной от 0,1 до 1,0 мм.
...
Одним из направлений развития гибридных лазерных технологий обработки материалов является технология двухлучевой лазерной обработки материалов, т. е. такого способа сварки при котором формирование сварочной ванны происходит при одновременном воздействии двух лучей лазера.
...
Существует несколько способов обработки материалов двумя лучами -суперпозиционный (рис. 21а), последовательный ( 21,б) и параллельный (рис. 21 в), которые определяются различными геометрическими расположениями двух лучей лазера относительно друг друга и выполнением различных функциональных задач при лазерной обработке материалов.
...
Одним из направлений развития гибридных лазерных технологий обработки материалов является технология двухлучевой лазерной обработки материалов, т. е. такого способа сварки при котором формирование сварочной ванны происходит при одновременном воздействии двух лучей лазера.
...
Существует несколько способов обработки материалов двумя лучами -суперпозиционный (рис. 21а), последовательный ( 21,б) и параллельный (рис. 21 в), которые определяются различными геометрическими расположениями двух лучей лазера относительно друг друга и выполнением различных функциональных задач при лазерной обработке материалов.
...
Лазерную сварку двумя параллельными лучами используют (рис. 23) для уменьшения порообразования, устранения прожогов, соединения разнотолщинных деталей.
...
Технологические особенности двухлучевой лазерной сварки
...
При сварке разнотолщинных материалов (рис. 24), мощность второго луча может быть значительно ниже мощности первого луча, что снижает вероятность образования прожогов при сварке разнотолщинных материалов.
...
Использование лазерной сварки с двумя параллельными лучами лазера становится особенно эффективно, когда необходимо уменьшить высокоинтенсивную центральную часть теплового источника сварки, например, при сварке в стык тонколистовых материалов (рис. 25).
...
Получаемое за счет одновременного действия двух лучей лазера распределение мощности по сечению стыка сварного соединения оказывает позитивное влияние на формирование шва, особенно при сварке тонколистовых материалов.
...
При сварке разнотолщинных материалов (рис. 24), мощность второго луча может быть значительно ниже мощности первого луча, что снижает вероятность образования прожогов при сварке разнотолщинных материалов.
...
Использование лазерной сварки с двумя параллельными лучами лазера становится особенно эффективно, когда необходимо уменьшить высокоинтенсивную центральную часть теплового источника сварки, например, при сварке в стык тонколистовых материалов (рис. 25).
...
Получаемое за счет одновременного действия двух лучей лазера распределение мощности по сечению стыка сварного соединения оказывает позитивное влияние на формирование шва, особенно при сварке тонколистовых материалов.
...
При сварке разнотолщинных материалов (рис. 24), мощность второго луча может быть значительно ниже мощности первого луча, что снижает вероятность образования прожогов при сварке разнотолщинных материалов.
...
Сварные швы, формирующиеся при высоких скоростях сварки, не всегда соответствуют всем требованиям по качеству сварного соединения, вследствие существования нестабильностей процесса. При больших скоростях сварки, когда возникает гидродинамическая нестабильность жидкой фазы поверхности ванны расплава, приводящая к образованию "горба" или появлению несплошностей можно использовать последовательное воздействие лучей различной мощности (рис. 26).
...
На динамику процесса плавления, при лазерной сварке двумя последовательными лучами оказывает влияние расстояние Ах между центрами диаметров лучей. Оптимизация Ах позволяет повысить максимальную скорость сварки приблизительно на 50%, при которой могут быть получены бездефектные сварные соединения (рис. 27).
...
Рис. 27. Макроструктура швов стали 10X6CrNiTi18, полученных двухлучевой лазерной сваркой последовательными лучами; Усв = 433 мм/сек; суммарная мощность PL = 7 кВт (P1 = P2 = 3,5 кВт)
...
Сварные швы, формирующиеся при высоких скоростях сварки, не всегда соответствуют всем требованиям по качеству сварного соединения, вследствие существования нестабильностей процесса. При больших скоростях сварки, когда возникает гидродинамическая нестабильность жидкой фазы поверхности ванны расплава, приводящая к образованию "горба" или появлению несплошностей можно использовать последовательное воздействие лучей различной мощности (рис. 26).
...
На динамику процесса плавления, при лазерной сварке двумя последовательными лучами оказывает влияние расстояние Ах между центрами диаметров лучей. Оптимизация Ах позволяет повысить максимальную скорость сварки приблизительно на 50%, при которой могут быть получены бездефектные сварные соединения (рис. 27).
...
Рис. 27. Макроструктура швов стали 10X6CrNiTi18, полученных двухлучевой лазерной сваркой последовательными лучами; Усв = 433 мм/сек; суммарная мощность PL = 7 кВт (P1 = P2 = 3,5 кВт)
...
При этом методе сварки два различных луча направляются в одну точку, при этом параметры этих лучей как по мощности, так и по оптическим характеристикам могут быт различными.
...
Важнейшей характеристикой луча лазера является качество лазерного излучения. Качество лазерного излучения определяется многими факторами - модовым составом, распределением энергии по сечению луча, поляризацией, расходимостью, диаметром луча. Если лазерное излучение одномодовое, распределение энергии по сечению пучка гауссово, поляризация круговая, то коэффициент качества луча определяется как отношение дифракционной расходимости лазерного излучения к фактической расходимости. Если расходимость лазерного излучения равна дифракционной, то коэффициент качества - К
...
Рис. 28. Зависимость глубины проплавления от скорости сварки при различных значениях параметров f и K, PL = 4,5 кВт, защитный газ - гелий где, PL - суммарная мощность лучей лазера
...
Рис. 28. Зависимость глубины проплавления от скорости сварки при различных значениях параметров f и K, PL = 4,5 кВт, защитный газ - гелий где, PL - суммарная мощность лучей лазера
...
Из рис. 30 видно влияние коэффициента качества луча на достигаемую глубину проплавления сварки (при одинаковой суммарной мощности). Результат показывает, что через суперпозицию двух лучей СО2-лазеров достигается повышение глубины проплавления особенно на высоких скоростях сварки.
...
Целью внедрения технологии лазерной сварки при производстве воздухозаборников было снижение производственных затрат, так как существующая технология была связана с большим объемом механической обработки - фрезерования.
...
При разработке технологии лазерной сварки с присадкой T-образного соединения вкладышей воздухозаборника, изготовленного из алюминиевого сплава одним лучом было выяснено, что наряду с обычной чешуйчатостью поверхности сварного шва, выполненного с присадкой, наблюдается брызгообразование жидкой фазы ванны расплава и образование единичных открытых пор на поверхности. Указанные дефекты обусловлены технологическим процессом лазерной сварки одним лучом и не устраняется путем оптимизации параметров сварочного процесса.
...
Предложенная схема (рис. 31) гибридной лазерной сварки двумя последовательными лучами позволила устранить вышеуказанные недостатки
...
Из рис. 30 видно влияние коэффициента качества луча на достигаемую глубину проплавления сварки (при одинаковой суммарной мощности). Результат показывает, что через суперпозицию двух лучей СО2-лазеров достигается повышение глубины проплавления особенно на высоких скоростях сварки.
...
Целью внедрения технологии лазерной сварки при производстве воздухозаборников было снижение производственных затрат, так как существующая технология была связана с большим объемом механической обработки - фрезерования.
...
При разработке технологии лазерной сварки с присадкой T-образного соединения вкладышей воздухозаборника, изготовленного из алюминиевого сплава одним лучом было выяснено, что наряду с обычной чешуйчатостью поверхности сварного шва, выполненного с присадкой, наблюдается брызгообразование жидкой фазы ванны расплава и образование единичных открытых пор на поверхности. Указанные дефекты обусловлены технологическим процессом лазерной сварки одним лучом и не устраняется путем оптимизации параметров сварочного процесса.
...
Предложенная схема (рис. 31) гибридной лазерной сварки двумя последовательными лучами позволила устранить вышеуказанные недостатки
...
Для реализации технологии двухлучевой лазерной сварки было создано роботизированное рабочее место для сварки вкладышей воздухозаборника с использованием твердотельного YAG-лазера со световолоконной системой .
...
Для реализации двухлучевой лазерной обработки создан двухлучевой лазер модели "ТАНДЕМ". Этот лазер имеет ряд конструктивных особенностей:
...
- лазер "ТАНДЕМ" универсален - может производить технологические операции резки, сварки, термообработки, наплавки, напыления, лазерно-плазменную обработку; имеет режим работы с безгелиевой смесью; полностью автоматизирован, включая автоюстировку резонатора.
...
Для реализации технологии двухлучевой лазерной сварки было создано роботизированное рабочее место для сварки вкладышей воздухозаборника с использованием твердотельного YAG-лазера со световолоконной системой .
...
Для реализации двухлучевой лазерной обработки создан двухлучевой лазер модели "ТАНДЕМ". Этот лазер имеет ряд конструктивных особенностей:
...
Гибридная лазерно-индукционная сварка - это способ сварки, при котором формирование сварной ванны происходит при одновременном действии лазерного излучения и токов высокой час­тоты.
...
Жесткий термический цикл, сопутствующий лазерной сварке, имеет, с одной стороны, опре­деленные преимущества (малые зоны термического воздействия, уменьшение влияния межкристал-литной коррозии, снижение уровня продольных и поперечных деформаций), а с другой стороны, в ряде случаев, может приводить к снижению технологической прочности сварного соединения.
...
Уменьшение жесткости сварочного термического цикла может быть реализовано использова­нием гибридной лазерно-индукционной сварки, то есть когда сварочная ванна формируется при од­новременном воздействии луча лазера и токов высокой частоты (ТВЧ-нагрев) (рис. 32).
...
Как показано на рис. 30, жесткость термического цикла снижается при гибридной лазерно-индукционной сварке, что благоприятно сказывается на технологической прочности при сварке среднеуглеродистых сталей с С = 0,26-Ю,45% и легированных сталей с С>0,2% .
...
Гибридная лазерно-индукционная сварка - это способ сварки, при котором формирование сварной ванны происходит при одновременном действии лазерного излучения и токов высокой час­тоты.
...
Жесткий термический цикл, сопутствующий лазерной сварке, имеет, с одной стороны, опре­деленные преимущества (малые зоны термического воздействия, уменьшение влияния межкристал-литной коррозии, снижение уровня продольных и поперечных деформаций), а с другой стороны, в ряде случаев, может приводить к снижению технологической прочности сварного соединения.
...
Уменьшение жесткости сварочного термического цикла может быть реализовано использова­нием гибридной лазерно-индукционной сварки, то есть когда сварочная ванна формируется при од­новременном воздействии луча лазера и токов высокой частоты (ТВЧ-нагрев) (рис. 32).
...
Лазерно-индукционная сварка значительно снижает градиенты температуры на границе шва и свариваемого металла, что благоприятно сказывается на технологической прочности сварного со­единения (рис. 34).
...
Лазерно-индукционная сварка значительно снижает градиенты температуры на границе шва и свариваемого металла, что благоприятно сказывается на технологической прочности сварного со­единения (рис. 34).
...
Лазерно-индукционная сварка, сохраняя все преимущества лазерной сварки, уменьшает жест­кость термического цикла и повышает свариваемость.
...
В настоящее время ежегодно методом лазерно-индукционной сварки сваривается до 450000 приводных валов автомобилей из сталей С38/26Мп5. Приводные валы имеют меньший износ и вы­держивают большую нагрузку по сравнению с обычно сваренными валами .
...
Гибридная лазерно-плазменная сварка - это способ сварки, при котором формирование сва­рочной ванны происходит при одновременном действии луча лазера и плазменной струи.
...
При плазменной обработке источником тепла служит плазменная струя - поток ионизирован­ных частиц, обладающих высокой энергией.
...
Плазменной струей принято называть сжатый дуговой разряд с интенсивным плазмообразо-ванием. Плазменная дуга может быть прямого и косвенного действия. В первом случае анодом слу­жит изделие (рис35,а), и столб дуги в этих случаях часто называют "проникающей дугой", а также дугой прямого действия. Если анодом служит сопло, которое конструктивно может совпадать с ка­налом плазменной головки, то источник теплоты становится независимым от изделия со струёй плазмы, выделенной из столба дуги в виде факела (рис. 35,б). Такую дугу называют дугой косвенно­го действия или просто плазменной струей .
...
Рис. 35. Принципиальные схемы дуговых плазменных горелок прямого (а) и косвенного (б) действия 1 -вольфрамовый электрод - катод; 2 - канал сопла; 3 - охлаждение; 4 - сжатая дуговая плазма; 5 - столб дуги (струя); Е - источник тока; И - изделие
...
Плазменная дуга, благодаря обжатию ее в канале сопла газовым потоком, в отличие от обыч­ной дуги, характеризуется высокими температурами столба (рис. 36) (до 15300...25000 К и более) и высокими скоростями потока плазмы. Это значительно расширяет ее технологические возможности при резке, сварке, наплавке и напылении материалов.
...
Гибридная лазерно-плазменная сварка - это способ сварки, при котором формирование сва­рочной ванны происходит при одновременном действии луча лазера и плазменной струи.
...
При плазменной обработке источником тепла служит плазменная струя - поток ионизирован­ных частиц, обладающих высокой энергией.
...
Плазменной струей принято называть сжатый дуговой разряд с интенсивным плазмообразо-ванием. Плазменная дуга может быть прямого и косвенного действия. В первом случае анодом слу­жит изделие (рис35,а), и столб дуги в этих случаях часто называют "проникающей дугой", а также дугой прямого действия. Если анодом служит сопло, которое конструктивно может совпадать с ка­налом плазменной головки, то источник теплоты становится независимым от изделия со струёй плазмы, выделенной из столба дуги в виде факела (рис. 35,б). Такую дугу называют дугой косвенно­го действия или просто плазменной струей .
...
Рис. 35. Принципиальные схемы дуговых плазменных горелок прямого (а) и косвенного (б) действия 1 -вольфрамовый электрод - катод; 2 - канал сопла; 3 - охлаждение; 4 - сжатая дуговая плазма; 5 - столб дуги (струя); Е - источник тока; И - изделие
...
Плазменная дуга, благодаря обжатию ее в канале сопла газовым потоком, в отличие от обыч­ной дуги, характеризуется высокими температурами столба (рис. 36) (до 15300...25000 К и более) и высокими скоростями потока плазмы. Это значительно расширяет ее технологические возможности при резке, сварке, наплавке и напылении материалов.
...
Для получения дуговой плазменной струи используют специальные плазменные головки, так называемые плазмотроны, в которых обычно имеется неплавящийся вольфрамовый или медный ка­тод, изолированный от канала и сопла головки, а анодом может служить сопло или изделие.
...
Плазменная струя образуется в канале горелки и стабилизируется стенками канала и холод­ным газом, отделяющим столб дуги от этих стенок. Сравнительно малый диаметр и достаточная длина канала обеспечивают требуемую для стабилизации плазменного столба скорость газового по­тока. В существовании стабилизирующего канала и заключается основное отличие плазмотрона от обычной горелки для сварки в защитных газах.
...
В качестве плазмообразующего материала обычно применяют газы (аргон, азот, гелий, водо­род, воздух и их смеси), что обеспечивает температуру плазмы до 50000 К.
...
1. По сравнению с аргонодуговой плазменная сварка отличается более стабильным горением дуги, при этом обеспечивается более равномерное проплавление кромок.
...
2. По проплавляющей способности плазменная дуга занимает промежуточное положение между электронным лучом и дугой, горящей в аргоне.
...
3. Способ дуги и струя плазмы имеют цилиндрическую форму, поэтому площадь поверхно­сти металла, через которую осуществляется теплопередача, не зависит от расстояния между элек­тродом горелки и изделием.
...
4. Благодаря цилиндрической форме столба дуги плазменно-дуговая сварка менее чувстви­тельна к изменению длины дуги, чем аргонодуговая. Плазменная сварка позволяет иметь практиче­ски постоянный диаметр пятна и дает возможность стабилизировать проплавление основного метал­ла.
...
Путем совместного воздействия на образование сварочной ванны лазерного луча и плазмен­ной струи реализуется комбинированный лазерно-плазменный процесс сварки. Такая комбинация приводит к улучшению пространственной стабилизации пятна дуги на поверхности металла и по­вышению устойчивости ее горения при малых токах и больших скоростях перемещения. Одновре­менно происходящий нагрев металла плазмой приводит к локальному повышению температуры в зоне нагрева и, как следствие, изменению оптических свойств поверхности и соответственно к уве­личению коэффициента поглощения лазерного излучения. В итоге эффективность лазерной сварки возрастает, что особенно важно при использовании лазеров небольшой мощности. Все это позволя-
...
ет, с одной стороны увеличить скорость и стабильность плазменной сварки, а с другой - повысить эффективность и снизить себестоимость лазерной сварки.
...
Если лазерное излучение проходит через плазму дуги, то наблюдается изменение полного энергетического баланса дугового разряда, связанное с дополнительным выделением энергии в объ­еме дуговой плазмы, вследствие поглощения лазерного излучения. В том случае когда мощность, вносимая в дугу лазерным пучком, соизмерима с ее электрической мощностью, реализуется проме­жуточный (между оптическим и дуговым) тип газового разряда - комбинированный лазерно-дуговой разряд. Интегральные и особенно локальные характеристики плазмы такого разряда существенно отличаются от соответствующих характеристик исходной сжатой дуговой плазмы.
...
Характеристики лазерного излучения также претерпевают существенные изменения в резуль­тате поглощения и рефракции лазерного излучения в плазме разряда. В результате энергия, вводимая в свариваемую деталь, не сводится к простой сумме энерговкладов лазерного и дугового источников тепла, взятых в отдельности.
...
В лазерно-плазменном разряде происходит существенное изменение, по сравнению с плаз­менным разрядом, температуры, газодинамического давления, распределения интенсивности лазер­ного излучения вдоль оптической оси, вольтамперные характеристики разряда.
...
Поглощение лазерного излучения дуговой плазмой приводит к существенному повышению температуры ее центральных областей, причем максимально достижимые значения Т увеличиваются с ростом мощности пучка Р. Отмеченный рост температуры плазмы способствует повышению ее электропроводности и, как следствие, увеличению плотности тока в приосевой зоне разряда. Таким образом, разряд, генерируемый лазерно-дуговым плазмотроном, характеризуется повышенной кон­центрацией тепловой и электрической энергии в той области плазмы, которая подвергается воздей­ствию лазерного пучка и жестко связана с его осью, а также высокой пространственной стабильно­стью этой области (рис. 37).
...
Рис. 37. Пространственные распределения температур плазмы разряда в лазерно-дуговом плазмо­троне (1=200А) при мощности лазерного пучка: 1 кВт (1), 2 кВт (2), 3 кВт (3). 0 кВт (штриховая кривая) г - расстояние от оси лазерного луча
...
ет, с одной стороны увеличить скорость и стабильность плазменной сварки, а с другой - повысить эффективность и снизить себестоимость лазерной сварки.
...
Если лазерное излучение проходит через плазму дуги, то наблюдается изменение полного энергетического баланса дугового разряда, связанное с дополнительным выделением энергии в объ­еме дуговой плазмы, вследствие поглощения лазерного излучения. В том случае когда мощность, вносимая в дугу лазерным пучком, соизмерима с ее электрической мощностью, реализуется проме­жуточный (между оптическим и дуговым) тип газового разряда - комбинированный лазерно-дуговой разряд. Интегральные и особенно локальные характеристики плазмы такого разряда существенно отличаются от соответствующих характеристик исходной сжатой дуговой плазмы.
...
Характеристики лазерного излучения также претерпевают существенные изменения в резуль­тате поглощения и рефракции лазерного излучения в плазме разряда. В результате энергия, вводимая в свариваемую деталь, не сводится к простой сумме энерговкладов лазерного и дугового источников тепла, взятых в отдельности.
...
В лазерно-плазменном разряде происходит существенное изменение, по сравнению с плаз­менным разрядом, температуры, газодинамического давления, распределения интенсивности лазер­ного излучения вдоль оптической оси, вольтамперные характеристики разряда.
...
Поглощение лазерного излучения дуговой плазмой приводит к существенному повышению температуры ее центральных областей, причем максимально достижимые значения Т увеличиваются с ростом мощности пучка Р. Отмеченный рост температуры плазмы способствует повышению ее электропроводности и, как следствие, увеличению плотности тока в приосевой зоне разряда. Таким образом, разряд, генерируемый лазерно-дуговым плазмотроном, характеризуется повышенной кон­центрацией тепловой и электрической энергии в той области плазмы, которая подвергается воздей­ствию лазерного пучка и жестко связана с его осью, а также высокой пространственной стабильно­стью этой области (рис. 37).
...
Рис. 37. Пространственные распределения температур плазмы разряда в лазерно-дуговом плазмо­троне (1=200А) при мощности лазерного пучка: 1 кВт (1), 2 кВт (2), 3 кВт (3). 0 кВт (штриховая кривая) г - расстояние от оси лазерного луча
...
Описанное изменение теплового режима горения плазменной дуги, под воздействием лазер­ного излучения, вызывает существенное перераспределение газодинамических характеристик потока плазмы при увеличении Р. Одной из основных причин этого является снижение вязкости аргоновой плазмы при повышении температуры. Другой причиной является упомянутое выше перераспределе­ние плотности тока в разряде, усиливающее роль электромагнитных сил в ускорении плазменного потока. В результате аксиальная компонента скорости плазмы на оси разряда заметно увеличивается. Несмотря на возрастание скорости, снижение плотности плазмы при повышении температуры при­водит к тому, что газодинамическое давление плазменного потока в приосевой зоне комбинирован­ного разряда несколько уменьшается. Следует отметить, что это снижение, вызывающее уменьше­ние динамического воздействия на поверхность расплавленного металла, важно для процесса на­плавки с использованием лазерно-дугового плазмотрона.
...
Происходящее в рассматриваемом плазмотроне взаимодействие лазерного излучения с дуго­вой плазмой приводит к перераспределению не только ее характеристик, но и самого лазерного пуч­ка (за счет поглощения и рефракции в плазме разряда). Так, например, поглощение лазерного излу­чения приводит к тому, что на расстоянии 20 мм от среза катода мощность пучка для рассматривае­мых условий составляет всего около 30 % от его исходной мощности Р, тогда как интенсивность из­лучения на его оси возрастает при этом более чем в два раза (рис. 38).
...
Рис. 38. Распределение плотности мощности лазерного излучения вдоль оси комбинированного раз­ряда (Р=3кВт) при токе дуги: 100 (1), 200 (2), 300 А (3), штриховая кривая - без плазменной дуги
...
Таким образом, взаимодействие лазерного пучка с плазмой комбинированного разряда вызы­вает его дополнительное фокусирование, усиливающееся с ростом тока и мощности луча лазера.
...
Описанное изменение теплового режима горения плазменной дуги, под воздействием лазер­ного излучения, вызывает существенное перераспределение газодинамических характеристик потока плазмы при увеличении Р. Одной из основных причин этого является снижение вязкости аргоновой плазмы при повышении температуры. Другой причиной является упомянутое выше перераспределе­ние плотности тока в разряде, усиливающее роль электромагнитных сил в ускорении плазменного потока. В результате аксиальная компонента скорости плазмы на оси разряда заметно увеличивается. Несмотря на возрастание скорости, снижение плотности плазмы при повышении температуры при­водит к тому, что газодинамическое давление плазменного потока в приосевой зоне комбинирован­ного разряда несколько уменьшается. Следует отметить, что это снижение, вызывающее уменьше­ние динамического воздействия на поверхность расплавленного металла, важно для процесса на­плавки с использованием лазерно-дугового плазмотрона.
...
Происходящее в рассматриваемом плазмотроне взаимодействие лазерного излучения с дуго­вой плазмой приводит к перераспределению не только ее характеристик, но и самого лазерного пуч­ка (за счет поглощения и рефракции в плазме разряда). Так, например, поглощение лазерного излу­чения приводит к тому, что на расстоянии 20 мм от среза катода мощность пучка для рассматривае­мых условий составляет всего около 30 % от его исходной мощности Р, тогда как интенсивность из­лучения на его оси возрастает при этом более чем в два раза (рис. 38).
...
Рис. 38. Распределение плотности мощности лазерного излучения вдоль оси комбинированного раз­ряда (Р=3кВт) при токе дуги: 100 (1), 200 (2), 300 А (3), штриховая кривая - без плазменной дуги
...
Таким образом, взаимодействие лазерного пучка с плазмой комбинированного разряда вызы­вает его дополнительное фокусирование, усиливающееся с ростом тока и мощности луча лазера.
...
Следовательно, варьируя этими двумя параметрами, можно эффективно управлять фокусированием пучка в плазме комбинированного разряда, создаваемого с помощью лазерно-дугового плазмотрона, что важно при использовании подобных устройств для сварки и резки.
...
Вольт-амперные характеристики разряда с использованием медного водоохлаждаемого анода при различных значениях мощности луча и так плазматрона показаны на рис. 39,а. Видно,что под воздействием лазерного пучка напряжение на дуге уменьшается, причем основное его падение про­исходит при мощности лазера Р < 2,5 кВт. Что касается самой плазменной дуги, то под воздействием лазерного излучения она несколько сжимается, что можно наблюдать визуально или по возрастаю­щим вольт-амперным характеристикам разряда (рис. 39, б).
...
Рис. 39. Зависимость напряжения на разряде в лазерно-дуговом плазмотроне от мощности Р (а) и то­ка I (Ь): ■ - Іа=150, х - 200, ▲ - 250А; ♦ - Р=0, □ - 1, о - 3кВт; штриховая линия - расчетные данные
...
Исследования показали, что соосное объединение плазменной дуги с лазерным пучком в ла-зерно-дуговом плазмотроне дает возможность за счет улучшения пространственной стабильности горения дуги повысить скорость сварки в 2...3 раза по сравнению с обычной плазменной сваркой.
...
Кроме того, отмеченное выше уменьшение напряжения на дуге в комбинированном процессе снижает опасность двойного дугообразования, что особенно важно при работе на больших токах (более 300 А). Это является предпосылкой для повышения производительности процесса сварки за счет увеличения тока дуги.
...
Дальнейшее развитие лазерных и плазменных способов сварки было направлено на создание интегрированных лазерно-дуговых плазматронов.
...
Следовательно, варьируя этими двумя параметрами, можно эффективно управлять фокусированием пучка в плазме комбинированного разряда, создаваемого с помощью лазерно-дугового плазмотрона, что важно при использовании подобных устройств для сварки и резки.
...
Вольт-амперные характеристики разряда с использованием медного водоохлаждаемого анода при различных значениях мощности луча и так плазматрона показаны на рис. 39,а. Видно,что под воздействием лазерного пучка напряжение на дуге уменьшается, причем основное его падение про­исходит при мощности лазера Р < 2,5 кВт. Что касается самой плазменной дуги, то под воздействием лазерного излучения она несколько сжимается, что можно наблюдать визуально или по возрастаю­щим вольт-амперным характеристикам разряда (рис. 39, б).
...
Рис. 39. Зависимость напряжения на разряде в лазерно-дуговом плазмотроне от мощности Р (а) и то­ка I (Ь): ■ - Іа=150, х - 200, ▲ - 250А; ♦ - Р=0, □ - 1, о - 3кВт; штриховая линия - расчетные данные
...
Исследования показали, что соосное объединение плазменной дуги с лазерным пучком в ла-зерно-дуговом плазмотроне дает возможность за счет улучшения пространственной стабильности горения дуги повысить скорость сварки в 2...3 раза по сравнению с обычной плазменной сваркой.
...
Кроме того, отмеченное выше уменьшение напряжения на дуге в комбинированном процессе снижает опасность двойного дугообразования, что особенно важно при работе на больших токах (более 300 А). Это является предпосылкой для повышения производительности процесса сварки за счет увеличения тока дуги.
...
Существуют различные схемы реализации интегрированных плазмотронов на основе соосно-го объединения лазерного луча и плазменной дуги. Отличительная особенность таких устройств -конструкция катодного узла, позволяющая вводить лазерный луч в дуговую плазму вдоль оси плаз-моформирующего канала.
...
По аналогии с дуговыми, интегрированные плазмотроны могут быть прямого (рис. 40, а) и косвенного (рис. 40, б) действия, причем последние можно разделить на плазмотроны с самоуста­навливающейся либо с фиксированной длиной дуги. Интегрированные плазмотроны прямого дейст­вия могут использоваться для лазерно-плазменной сварки, наплавки и резки металлов, а косвенного действия - для обработки диэлектрических материалов, закалки металлических поверхностей, нане­сения покрытий и ведения других технологических процессов.
...
Рис. 40. Схемы интегрированных плазмотронов прямого (а) и косвенного (б) действия: 1 - катод; 2 - анод; 3 - плазмоформирующее сопло; 4 - плазмообразующий газ; 5 - лазерный пучок; 6 - плазма; 7 - изолятор
...
В зависимости от расхода плазмообразующего газа лазерно-дуговые плазмотроны можно раз­делить на работающие в ламинарном или турбулентном режиме течения газа. Также как в дуговых плазмотронах, в них можно использовать различные способы пространственной стабилизации раз­ряда (например, вихревую газовую стабилизацию). При выборе способа стабилизации следует пом­нить, что за счет воздействия на дуговую плазму пучка излучения СО2-лазера в ней формируется вы­сокотемпературная токопроводящая область, жестко связанная с осью пучка. Это само по себе дела­ет комбинированный разряд пространственно более стабильным, чем дуговой.
...
Существуют различные схемы реализации интегрированных плазмотронов на основе соосно-го объединения лазерного луча и плазменной дуги. Отличительная особенность таких устройств -конструкция катодного узла, позволяющая вводить лазерный луч в дуговую плазму вдоль оси плаз-моформирующего канала.
...
По аналогии с дуговыми, интегрированные плазмотроны могут быть прямого (рис. 40, а) и косвенного (рис. 40, б) действия, причем последние можно разделить на плазмотроны с самоуста­навливающейся либо с фиксированной длиной дуги. Интегрированные плазмотроны прямого дейст­вия могут использоваться для лазерно-плазменной сварки, наплавки и резки металлов, а косвенного действия - для обработки диэлектрических материалов, закалки металлических поверхностей, нане­сения покрытий и ведения других технологических процессов.
...
Рис. 40. Схемы интегрированных плазмотронов прямого (а) и косвенного (б) действия: 1 - катод; 2 - анод; 3 - плазмоформирующее сопло; 4 - плазмообразующий газ; 5 - лазерный пучок; 6 - плазма; 7 - изолятор
...
В зависимости от расхода плазмообразующего газа лазерно-дуговые плазмотроны можно раз­делить на работающие в ламинарном или турбулентном режиме течения газа. Также как в дуговых плазмотронах, в них можно использовать различные способы пространственной стабилизации раз­ряда (например, вихревую газовую стабилизацию). При выборе способа стабилизации следует пом­нить, что за счет воздействия на дуговую плазму пучка излучения СО2-лазера в ней формируется вы­сокотемпературная токопроводящая область, жестко связанная с осью пучка. Это само по себе дела­ет комбинированный разряд пространственно более стабильным, чем дуговой.
...
Существуют различные схемы реализации интегрированных плазмотронов на основе соосно-го объединения лазерного луча и плазменной дуги. Отличительная особенность таких устройств -конструкция катодного узла, позволяющая вводить лазерный луч в дуговую плазму вдоль оси плаз-моформирующего канала.
...
- значительно повышается скорость сварки, при этом скорость сварки становится выше, чем просто арифметическое сложение скорости лазерной и плазменной сварки;
...
- при лазерно-плазменной сварке происходит снижение температуры поверхности ванны рас­плава, при которой начинается переход от теплопроводного режима проплавления к режиму глубокого проплавления.
...
Разработана технология для скоростной лазерно-микроплазменной сварки тонколистовых алюминиевых сплавов, основанные на совместном использовании лазерного пучка малой мощности и микроплазменной дуги обратной полярности. Предложенный способ позволяет производить очи­стку поверхности алюминия от окисной пленки в процессе сварки, чего нельзя достичь при лазерной сварке, стабилизировать движение дуги при больших, по сравнению с микроплазменной, скоростях сварки, а также существенно повысить эффективность использования энергии лазерного излучения и электрической дуги. При сварке алюминиевого сплава АМг-2 толщиной 0,35 мм с током дуги 22 А и мощностью лазерного пучка 250 Вт удается достичь скорости сварки 9 м/мин с хорошей очисткой поверхности и полным проплавлением образца, при этом ширина швов составляет 1,0...1,2 мм. Сле­дует отметить, что использование только лазерной или только микроплазменной сварки не позволяет производить сварку данного металла даже на скорости 3 м/мин.
...
Использование внешнего ионизатора - плазменной струи, при лазерной сварке без образова­ния плазменного факела, позволяет снизить температуру поверхности ванны расплава, при которой начинается переход от теплопроводностного режима проплавления к более эффективному режиму глубокого проплавления. Это является одной из основных причин более высокой эффективности ла-зерно-плазменной сварки по сравнению с лазерной.
...
- значительно повышается скорость сварки, при этом скорость сварки становится выше, чем просто арифметическое сложение скорости лазерной и плазменной сварки;
...
- при лазерно-плазменной сварке происходит снижение температуры поверхности ванны рас­плава, при которой начинается переход от теплопроводного режима проплавления к режиму глубокого проплавления.
...
Разработана технология для скоростной лазерно-микроплазменной сварки тонколистовых алюминиевых сплавов, основанные на совместном использовании лазерного пучка малой мощности и микроплазменной дуги обратной полярности. Предложенный способ позволяет производить очи­стку поверхности алюминия от окисной пленки в процессе сварки, чего нельзя достичь при лазерной сварке, стабилизировать движение дуги при больших, по сравнению с микроплазменной, скоростях сварки, а также существенно повысить эффективность использования энергии лазерного излучения и электрической дуги. При сварке алюминиевого сплава АМг-2 толщиной 0,35 мм с током дуги 22 А и мощностью лазерного пучка 250 Вт удается достичь скорости сварки 9 м/мин с хорошей очисткой поверхности и полным проплавлением образца, при этом ширина швов составляет 1,0...1,2 мм. Сле­дует отметить, что использование только лазерной или только микроплазменной сварки не позволяет производить сварку данного металла даже на скорости 3 м/мин.
...
Использование внешнего ионизатора - плазменной струи, при лазерной сварке без образова­ния плазменного факела, позволяет снизить температуру поверхности ванны расплава, при которой начинается переход от теплопроводностного режима проплавления к более эффективному режиму глубокого проплавления. Это является одной из основных причин более высокой эффективности ла-зерно-плазменной сварки по сравнению с лазерной.
...
1. Горный С.Г., Лопота В.А., Редозубов В.Д. Особенности нагрева металла при лазерно-дуговой сварке. Автоматическая сварка. .№ 1 , 1989 г. стр. 73-74.
...
3. Кривцун И.В. Особенности проплавления металла при лазерно-дуговой сварке с использова­нием ИАГ-лазера. Автоматическая сварка № 12 2001 г. стр.33-36.
...
4. Фролов В.А. Конструктивно-технологические особенности создания сварных металлических конструкций с применением светолучевой сварки. Сварочное производство. №3, 1998 г. с.8-
...
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Основная литература
...
1.4. Гидродинамическая неустойчивость ванны расплава при высоких скоростях лазерной сварки...............................................................9
...
1.6. Требования к стабильности диаграммы направленности лазерного излучения........................................................................... 11
...
2.2. Электрические характеристики дуги при лазерно-дуговой сварке.... 19 2.3.Особенности формирования геометрии шва при лазерно-дуговой
...




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