Способ сварки непрерывным лазерным излучением

ЮЭ СОВЕТСКИЦИАЛИСТИЧЕССПУБЛИК 08588 3 К 26 1)5 Н ЗОБРЕТЕНИ К АВТО МУ СВИДЕТЕЛЬСТ РЕРЫВНЬ я технология, сварке непрем излучение от тью 0,5 - 4 кВт очную камеру ески прозрачустройством и ии остаточных10 -1 10 СКОГО ИНСТИв и А,Е,ЗайРипс 1 агпепта 1 Оаз Е 1 очч апдОС 1 8 угпр.61 - 66. Изобретение относитсяк сварке, в частности к способам сварки металлов непрерывным лазерным излучением с глубоким проплавлением.Целью изобретения является повышение эффективности сварочного процесса и улучшение качества сварного шва,Это достигается тем, что при способе сварки непрерывным лазерным излучением, при котором процесс ведут в сварочной камере при остаточном давлении ниже ат-. мосферного, процесс сварки осуществляется при остаточном давлении в сварочной камере, равном 5 10 - 1 10 мм рт,ст. В указанном интервале давлений происходит полное подавление плазмы оптического разряда, возникающего при лазерной сварке, что объясняется малой концентрацией молекул газа. При этом полный тепловой коэффициент сварочного процесса может достигать 87, а качество сварного шва значительно улучшается иэ-эа отсутствия ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(21) 4903849/0822) 15,10.90 (46) 15,04.93. Бюл, М 14 (71) Самарский филиал Физичетута им,П,Н.Лебедева (72) А,Н.1 Цедрин, С.И.Кузнецо кин (56) 1,Агата, И,АЬе, 1,Оба. р 1)епогпепа 1 п 1 азегае 1 Фпд ОС 1)ет 1 са 1 1 азегз". Ргос, 5-й Ох 1 огб, 20 - 24, Аидизт, 1984, р.(54) СПОСОБ СВАРКИ НЕПЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ(57) Использование: сварочнаСущность изобретения; прирывным лазерным излучениенепрерывного лазера мощноснаправляют в вакуумную сварчерез входное окно из оптичного материала с защитнымсварку проводят п 1)и давленгазов в вакуумной камере 5мм рт,ст, 1 ил. воздействия радиационных волн. Температура кипения металлов при давлении остаточных газов в вакуумной сварочной камере 10 мм рт.ст, снижается на 500 - 1000 К по сравнению с температурой кипения при атмосферном давлении. Это приводит к значительному увеличению глубины канала проплавления при лазерной сварке в режиме глубокого проплавления, которое можно оценить по формулеА.ф Р. г+ аlЧСВн.,-т - п 1) где НпР - глубина канала проплавления;Ткип - температура кипения металла;4 - коэффициент теплопроводимостиметалла;а - коэффициент температуропроводности металла;гл - радиус сфокусированного лазерного луча;Чсв - скорость сварки;Аэф - эффективный коэффициент полезного действия сварочного процесса.Из формулы (1) следует, что снижение температуры кипения металла в вакууме 5 10 мм рт.ст. на 500 - 1000 К приведет к увеличению глубины проплавления в 1,2- 1,5 раза, так как температуры кипения большинства металлов при атмосферном давлении лежат в интервале 3000-4000 К. 10 Указанный интервал давлений легко достижим с помощью форвакуумной техники и не требует более дорогих высоковакуумных систем, какие применяются при электроннолучевой сварке. Нижний предел давления 15 определяется возможностями форвакуумных насосов, которые не позволяют получать разрежение выше 1 10 мм рт.ст. Верхний предел давления выбирался таким образом, чтобы исключить влияние остаточ ных газов на качество сварного шва и обеспечить максимальную пластичность и вязкость сварных соединений.На чертеже представлена схема реализации способа сварки непрерывным лазер ным излучением.Лазерное излучение 1 фокусируется линзой 2 и направляется в вакуумную сварочную камеру 3 через входное окно иэ оптически прозрачного материала 4 с 30 защитным устройством 5, которое представляет собой усеченный медный конус со .сквозным отверстием для прохождения лазерного излучения, причем отношение диаметра отверстия к длине должно быть не 35 менее 1:10, а половина угла 5 О, При этом практически все металлические пары от свари ваемой детали 6 будут оседать на стенках конуса, не долетая до окна 4, Расстояние между медным конусом и свариваемой де тальюможно регулировать, перемещая конус по направляющим 7. Свариваемая . деталь 6 располагается на координатной подвижке 8.Предлагаемый способ сварки непре рывным лазерным излучением был реализо- . ван следующим образом.Сварку изделий из стали 45 проводили в вакуумной сварочной камере при давлении остаточных газов 2 10 мм рт.ст, Из лучение непрерывного С 02-лазера мощностью 500 Вт (длина волны Л" 10,6мкм) фокусировали линзой из КС с фокусным расстоянием 218 мм и направляли в камеру через входное окно иэ КО толщиной 55 8 мм, Входное окно защищали от паров металла устройством, описанным выше. При скорости сварки 2,2 мм/с и интенсивности лазерного излучения 4,2 10 Вт/см были получены следующие параметры сварного шва: глубина Нр, = 1,3 мм; ширина 1 = 1,0 мм; коэФфициент формы сварного шва К = Нр,/1 =1,3. Сварка осуществлялась в режиме глубокого проплавления, Следов окисления сварного шва, выплесков и примесей в нем не наблюдалось.Для определения повышения эффективности сварочного процесса при использоваф. нии предложенного способа, была осуществлена лазерная сварка аналогичных изделий из стали 45 в среде инертных газов аргона и гелия при атмосферном давлении, При этом были получены следующие результаты; в атмосфере гелия - Нр, = 0,27 мм,= 0,5 мм; К = 0,54, в атмосфере аргона - Нпр. = 0,18 мм; 1 = 0,46 мм; К = 0,375.Эффективность сварочного процесса определяется количеством переплавленно-, го металла в единицу времени. Отсюда следует, что повышение эффективности при использовании предложенного способа по сравнению с лазерной сваркой в среде инертных газов при атмосферном давлении можно узнать из соотношения площадей поперечного сечения сварных швов, полученных.этими способами, тэк как скорость сварки, интенсивность лазерного излучения и материал свариваемых изделий были одинаковы в обоих случаях, Площадь поперечного сечения сварного шва при сварке предложенным способом равна Я 1=0,65 мм; при сварке в среде гелия - Я 2 = 0,0675 мм 2; при сварке в среде аргона - Яз = 0,0432 мм, Таким образом, получено повышение эффективности сварочного процесса при использовании предложенного способа по сравнению с лазерной сваркой в среде гелия в 9,63 раза; по сравнению с лазерной сваркой в среде аргона в 15,0 раз. Формула изобретения Способ сварки непрерывным лаэерйым излучением, при котором процесс ведут в сварочной камере при остаточном давлении ниже атмосферного, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности и улучшения качества сварного соединения, процесс осуществляют при остаточном давлении в сварной камере. равном 5 1,0 -1 10 мм рт,ст.1808588 остэвитель Т.Олесовехред М.Моргентал орректор М,Максимищинец еда ктор роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10 аказ 1244 Тираж ВНИИПИ Государственного комите 113035, МоскваПодписноэпо изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР