Теплопроводная сварка и сварка с глубоким проплавлением. Россия

1. Определение и характеристики лазерной теплопроводной сварки.

Лазерная теплопроводная сварка – это метод лазерная сварка. Этот режим сварки имеет малую глубину проникновения и небольшое соотношение глубины к ширине. Когда плотность мощности менее 10^4~10^5 Вт/см2, он классифицируется как кондуктивная сварка, которая характеризуется малой глубиной плавления. и более медленная скорость сварки.

Во время теплопроводной сварки энергия лазерного излучения воздействует на поверхность материала, и энергия лазерного излучения преобразуется в тепло на поверхности. Поверхностное тепло распространяется внутрь за счет теплопроводности, вызывая плавление материала и образование расплавленной ванны. в области соединения между двумя материалами. Расплавленная ванна движется вперед вместе с лазерным лучом, а расплавленный металл в расплавленной ванне не движется вперед. По мере продвижения лазерного луча вперед расплавленный металл в расплавленной ванне затвердевает, образуя сварной шов, соединяющий две части материала.

Энергия лазерного излучения действует только на поверхность материала, а плавление основного материала осуществляется за счет теплопроводности. После того, как лазерная энергия поглощается тонким слоем толщиной 10 ~ 100 нм на поверхности и расплавляется, температура поверхности сохраняется. увеличиваться, в результате чего изотерма температуры плавления распространяется вглубь материала. Максимальная температура поверхности может достигать только температуры испарения. Следовательно, глубина плавления, которой можно достичь с помощью этого метода, ограничена температурой испарения и теплопроводностью. В основном используется для сварки тонких (около 1 мм) и мелких деталей.

Плотность мощности луча, используемого при сварке, невелика. После того, как заготовка поглощает лазер, температура должна только достичь точки плавления поверхности, а затем тепло передается внутрь заготовки, образуя расплавленную ванну за счет теплопроводности, поэтому это экономично. Кроме того, сварной шов гладкая, не имеет пор, может использоваться для сварочной обработки деталей внешнего вида.

Типичными областями применения являются сварка раковин из нержавеющей стали, металлические сильфоны, сварка фитингов металлических труб и т. д.

2. Определение и характеристики лазерной сварки с глубоким проплавлением.

Когда плотность мощности превышает 10^5~10^7 Вт/см2, металлическая поверхность из-за нагрева превращается в «дыры», образуя сварку с глубоким проплавлением, которая имеет характеристики высокой скорости сварки и большого соотношения сторон.

Металлургический физический процесс лазерной сварки с глубоким проплавлением очень похож на процесс электронно-лучевой сварки, то есть механизм преобразования энергии осуществляется через структуру «маленького отверстия». При облучении лучом достаточно высокой плотности мощности материал испаряется до образуют небольшие отверстия. Это маленькое отверстие, наполненное паром, похоже на черное тело, поглощающее почти всю энергию падающего света, а равновесная температура в отверстии достигает около 25,000 XNUMX градусов. Тепло передается от внешней стенки этого высокотемпературного отверстия. Полость, вызывающая плавление металла, окружающего полость. Небольшое отверстие заполняется высокотемпературным паром, образующимся в результате непрерывного испарения материала стенки под воздействием луча. Стенки небольшого отверстия окружены расплавленным металлом, а жидкий металл окружен твердыми материалами. Поток жидкости за стенкой отверстия и поверхностное натяжение пристеночного слоя находятся в фазе с постоянно создаваемым давлением пара в полости отверстия. и поддерживать динамический баланс. Световой луч постоянно попадает в небольшое отверстие, а материал за пределами небольшого отверстия непрерывно течет. Когда световой луч движется, маленькое отверстие всегда находится в стабильном состоянии потока. То есть маленькое отверстие и расплавленный металл, окружающий стенку отверстия, движутся вперед со скоростью движения направляющего луча. Расплавленный металл заполняет зазор, оставшийся после удаления небольшого отверстия, и соответственно конденсируется, образуя сварной шов. Все это происходит настолько быстро, что скорость сварки легко может достигать нескольких метров в минуту.

Сварка материалов с глубоким проплавлением требует очень высокой мощности лазера. В отличие от сварки теплопроводностью, сварка с глубоким проплавлением не только плавит металл, но и испаряет его. Расплавленный металл выбрасывается под давлением паров металла, образуя небольшие отверстия. Лазерный луч продолжает освещать нижнюю часть отверстия, заставляя отверстие расширяться до тех пор, пока давление пара внутри отверстия не сбалансируется с поверхностным натяжением и силой тяжести жидкого металла. После сварки с глубоким проплавлением образуется узкий и однородный сварной шов. , а его глубина обычно превышает ширину сварного шва. Этот процесс отличается высокой скоростью обработки и небольшой зоной термического влияния, поэтому деформация материала невелика.

Типичными областями применения являются сварка толстых стальных листов (10–25 мм) и сварка алюминиевых корпусов аккумуляторных батарей.

3. Характеристики лазерной сварки с глубоким проплавлением.

Высокое соотношение сторон. Поскольку расплавленный металл образуется вокруг цилиндрической камеры высокотемпературного пара и распространяется к заготовке, сварной шов становится глубоким и узким.

Минимальное тепловложение. Поскольку температура внутри маленького отверстия очень высока, процесс плавления происходит чрезвычайно быстро, тепловложение заготовки очень низкое, а термическая деформация и зона термического влияния малы.

Высокая плотность. Потому что небольшие отверстия, заполненные высокотемпературным паром, способствуют перемешиванию сварочной ванны и выходу газа, в результате чего получается сварной шов без пор. Высокая скорость охлаждения после сварки позволяет легко улучшить структуру сварного шва.

Прочные сварные швы. За счет горячего источника тепла и полного поглощения неметаллических компонентов снижается содержание примесей, изменяются размеры включений и их распределение в ванне расплава. Для процесса сварки не требуются электроды или присадочная проволока, а зона плавления меньше загрязняется, что делает прочность и ударную вязкость сварного шва как минимум равными или даже превосходящими прочность основного металла.

Точный контроль. Поскольку сфокусированное световое пятно невелико, сварной шов можно расположить с высокой точностью. Выход лазера не имеет «инерции», его можно останавливать и возобновлять на высоких скоростях. Сложные заготовки можно сваривать с помощью технологии перемещения балки с ЧПУ.

Бесконтактный процесс атмосферной сварки.Поскольку энергия исходит от фотонного луча и нет физического контакта с заготовкой, на заготовку не действует никакая внешняя сила. Кроме того, магнетизм и воздух не влияют на лазерный свет.

Преимущества лазерной сварки с глубоким проплавлением:

1) Поскольку сфокусированный лазер имеет гораздо более высокую плотность мощности, чем традиционные методы, он обеспечивает высокую скорость сварки, небольшую зону термического влияния и небольшую деформацию, а также может сваривать трудносвариваемые материалы, такие как титан.
2) Поскольку луч легко передавать и контролировать, нет необходимости часто заменять сварочные пистолеты и сопла, а для электронно-лучевой сварки не требуется вакуум, что значительно сокращает время простоя и вспомогательное время, что повышает коэффициент загрузки и эффективность производства. высокие.
3) Благодаря эффекту очистки и высокой скорости охлаждения сварной шов обладает высокой прочностью, вязкостью и общими характеристиками.
4) Благодаря низкому среднему погонному теплу и высокой точности обработки затраты на повторную обработку могут быть снижены; кроме того, эксплуатационные расходы на лазерную сварку также низкие, что может снизить затраты на обработку деталей.
5) Он может эффективно контролировать интенсивность луча и точное позиционирование, а также легко реализовать автоматическую работу.

Недостатки лазерной сварки с глубоким проплавлением:

1) Глубина сварки ограничена.

2) Сборка заготовки требует высоких требований.

3) Единовременные инвестиции в лазерную систему относительно высоки.