Теплопровідне зварювання та зварювання глибоким проплавленням Україна

1. Визначення та характеристики лазерного теплопровідного зварювання

Лазерне теплопровідне зварювання є методом зварювання лазером. Цей режим зварювання має невелику глибину проплавлення та невелике співвідношення глибини до ширини. Якщо щільність потужності менше 10^4~10^5 Вт/см2, його класифікують як зварювання кондукцією, яке характеризується малою глибиною плавлення. і меншою швидкістю зварювання.

Під час термопровідного зварювання енергія лазерного випромінювання діє на поверхню матеріалу, і енергія лазерного випромінювання перетворюється на тепло на поверхні. Поверхневе тепло дифундує всередину через теплопровідність, спричиняючи плавлення матеріалу та утворення розплавленої ванни. у зоні зв’язку між двома матеріалами. Розплавлений метал рухається вперед разом із лазерним променем, а розплавлений метал у розплавленому басейні не рухається вперед. Коли лазерний промінь рухається вперед, розплавлений метал у розплавленому басейні твердне, утворюючи зварний шов, що з’єднує два шматки матеріалу.

Енергія лазерного випромінювання діє лише на поверхню матеріалу, а плавлення основного матеріалу здійснюється за рахунок теплопровідності. Після того, як енергія лазера поглинається тонким шаром 10~100 нм на поверхні та розплавляється, температура поверхні продовжує зростати. збільшуватися, в результаті чого ізотерма температури плавлення поширюється вглиб матеріалу. Максимальна температура поверхні може досягати лише температури випаровування. Тому глибина плавлення, якої можна досягти за допомогою цього методу, обмежена температурою випаровування та теплопровідністю. В основному використовується для зварювання тонких (близько 1 мм) і дрібних деталей.

Питома потужність променя, який використовується при зварюванні, низька. Після того, як заготовка поглинає лазер, температура лише повинна досягти температури плавлення поверхні, а потім тепло передається всередину заготовки, щоб утворити розплавлену ванну за рахунок теплопровідності, тому це економічно. Крім того, зварний шов є гладкий і не має пор, і може бути використаний для зварювальної обробки зовнішніх деталей.

Типовими застосуваннями є зварювання раковин з нержавіючої сталі, металевих сильфонів, зварювання металевих трубних фітингів тощо.

2. Визначення та характеристики лазерного зварювання глибоким проплавленням

Коли щільність потужності перевищує 10^5~10^7 Вт/см2, поверхня металу увігнута в «отвори» через тепло, утворюючи зварювання глибокого провару, яке має характеристики високої швидкості зварювання та великого співвідношення сторін.

Металургійний фізичний процес лазерного зварювання глибоким проплавленням дуже схожий на процес електронно-променевого зварювання, тобто механізм перетворення енергії завершується через структуру «маленького отвору». Під опроміненням пучком досить високої щільності потужності матеріал випаровується до утворюють маленькі отвори. Цей маленький отвір, наповнений парою, схожий на чорне тіло, яке поглинає майже всю енергію падаючого світла, а рівноважна температура в отворі досягає приблизно 25,000 XNUMX градусів. Тепло передається від зовнішньої стінки цього високотемпературного Маленький отвір заповнюється високотемпературною парою, що утворюється безперервним випаровуванням матеріалу стінки під дією променя. Стінки невеликого отвору оточені розплавленим металом, а рідкий метал оточений твердими матеріалами. Потік рідини за межами стінки отвору та поверхневий натяг шару стінки знаходяться в фазі з постійно створюваним тиском пари в порожнині отвору. і підтримувати динамічний баланс. Світловий промінь безперервно потрапляє в маленький отвір, а матеріал поза малим отвором безперервно тече. Коли світловий промінь рухається, маленький отвір завжди знаходиться в стабільному стані потоку. Тобто маленький отвір і розплавлений метал, що оточує стінку отвору, рухаються вперед зі швидкістю пілотного променя. Розплавлений метал заповнює щілину, що залишилася після видалення невеликого отвору, і відповідно конденсується, утворюючи зварний шов. Усе це відбувається настільки швидко, що швидкість зварювання може легко досягати кількох метрів за хвилину.

Зварювання матеріалів глибоким проплавленням вимагає дуже високої потужності лазера. На відміну від зварювання теплопровідністю, зварювання глибоким проплавленням не тільки розплавляє метал, але й випаровує метал. Розплавлений метал викидається під тиском пари металу, утворюючи невеликі отвори. Лазерний промінь продовжує освітлювати нижню частину отвору, змушуючи отвір розширюватися, поки тиск пари всередині отвору не врівноважується з поверхневим натягом і силою тяжіння рідкого металу. Після зварювання глибоким проваром утворюється вузький і однорідний зварний шов. , і його глибина, як правило, буде більшою за ширину зварного шва. Цей процес має характеристики високої швидкості обробки та невеликої зони термічного впливу, тому деформація матеріалу невелика.

Типовими застосуваннями є зварювання товстих сталевих пластин (10-25 мм) і зварювання алюмінієвих корпусів акумуляторних батарей.

3. Характеристика лазерного зварювання глибокого проплавлення

Високе співвідношення сторін. Оскільки розплавлений метал утворюється навколо циліндричної камери високотемпературної пари та простягається до заготовки, зварний шов стає глибоким і вузьким.

Мінімальна тепловіддача. Оскільки температура всередині маленького отвору дуже висока, процес плавлення відбувається надзвичайно швидко, підведення тепла до заготовки дуже низьке, а термічна деформація та зона термічного впливу невеликі.

Висока щільність. Оскільки невеликі отвори, заповнені високотемпературною парою, сприяють перемішуванню зварювальної ванни та виходу газу, що призводить до зварного шва без пор. Висока швидкість охолодження після зварювання може легко покращити структуру зварного шва.

Міцні зварні шви. Завдяки гарячому джерелу тепла та повному поглинанню неметалевих компонентів зменшується вміст домішок, змінюється розмір включень та їх розподіл у басейні розплаву. Процес зварювання не потребує електродів або присадкових дротів, а зона плавлення менше забруднений, завдяки чому міцність і в'язкість зварного шва принаймні дорівнює або навіть перевищує міцність і в'язкість основного металу.

Точний контроль. Оскільки сфокусована світлова пляма невелика, зварювальний шов можна позиціонувати з високою точністю. Вихід лазера не має «інерції» і може бути зупинений і перезапущений на високих швидкостях. Складні заготовки можна зварювати за допомогою технології переміщення променя ЧПУ.

Процес безконтактного атмосферного зварювання.Оскільки енергія надходить від променя фотонів і немає фізичного контакту з деталлю, на деталь не діє зовнішня сила. Крім того, магнетизм і повітря не впливають на лазерне світло.

Переваги лазерного зварювання глибокого проплавлення:

1）Оскільки сфокусований лазер має набагато вищу щільність потужності, ніж звичайні методи, він забезпечує високу швидкість зварювання, невелику зону термічного впливу та малу деформацію, а також може зварювати матеріали, які важко зварювати, наприклад титан.
2) Оскільки промінь легко передавати та контролювати, немає потреби часто міняти зварювальні пістолети та насадки, а для електронно-променевого зварювання не потрібен вакуум, що значно скорочує час простою та допоміжний час, тому коефіцієнт навантаження та ефективність виробництва є високими.
3）Завдяки ефекту очищення та високій швидкості охолодження зварний шов має високу міцність, міцність і загальну продуктивність.
4）Завдяки низькій середній теплоємності та високій точності обробки можна зменшити витрати на повторну обробку; крім того, експлуатаційні витрати на лазерне зварювання також низькі, що може зменшити витрати на обробку заготовки.
5) Він може ефективно контролювати інтенсивність променя та точне позиціонування, а також легко реалізувати автоматичну роботу.

Недоліки лазерного зварювання глибоким проплавленням:

1）Глибина зварювання обмежена.

2）Складання заготовки вимагає високих вимог.

3）Одноразова інвестиція в лазерну систему є відносно високою