Способ лазерной сварки

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

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