Лазерная сварка металлов

ЛАЗЕРНАЯ СВАРКА МЕТАЛЛОВ [c.133]

В книге Лазерная сварка металлов рассмотрены физические особенности процесса лазерной сварки металлов, основы технологии лазерной сварки различных конструкционных материалов, позволяющие установить область эффективного применения лазерной сварки в сопоставлении с традиционными способами сварки. [c.6]

Непрерывная лазерная сварка металлов значительных толщин производится газовыми лазерами. При сварке непрерывным лазерным лучом большой мощности приходится устранять экранирующее влияние ионизированного облака, которое возникает при взаимодействии лазерного луча с атмосферой и испаряющимся металлом. Облако рассеивает луч и препятствует нагреву металла сварочной ванны. Устраняют облако, сдувая струей газа, чаще всего аргона, направляя ее перпендикулярно оси луча. Одновременно инертный газ защищает металл от окисления. Применение для защиты вместо аргона гелия или смеси гелия с водородом увеличивает проплавление лазерным л ом, но более легкий, чем аргон, гелий плохо вытесняет облако плазмы. [c.472]

Для лазерной сварки металлов и сплавов обычно используются твердотельные оптические квантовые генераторы на неодимовом стекле, рубине или гранате с примесью неодима. Энергия излучения за импульс 1— 30 Дж, длительность импульса 1—7 мс. Лазерный луч позволяет сваривать многие качественно различные металлы, что другим методам иногда вообще недоступно. Типичные глубины проплавления при лазерной сварке 0,1—0,7 мм. Используется точечная и шовная сварка. Производительность точечной сварки (сварка проводов) примерно 60 операций в минуту. Скорость шовной сварки 100—200 мм/мин. [c.45]

Типовые установки для лазерной сварки, кроме квантового генератора и источника силового питания, содер кат еще замкнутую систему охлаждения, оптическую систему фокусировки лазерного луча на детали, оптическую систему наблюдения за процессом, координатный сварочный стол, при необходимости систему освещения свариваемого изделия и систему нодачи инертного газа в зону сварки для защиты нагреваемого металла от окисления. [c.168]

В области сварки и пайки повышение качества соединений обеспечивается применением электронно-лучевой (рис. 7), лазерной сварки, сварки сжатой дугой, а также за счет управления процессом кристаллизации, улучшения защиты металла от окисления, равномерного распределения присадочного материала. [c.75]

Такими процессами являются электродуговая сварка в вакууме и специальных средах, высокотемпературная пайка, плазменная обработка металла, применение лазерного излучения для резки и сварки металлов, точные отливки из сталей и других металлов, в том числе и тугоплавких, а также электрохимическая и химическая обработки металлов (электрохимическое полирование, химическое фрезерование и т. д.). [c.9]

Лазерное излучение применяют для испарения и сварки металлов в вакууме, для разделения изотопов и т. д. Лазеры широко используются в микрохирургии глаза и др. областях медицины. Перспективно, по-видимому, применение лазеров для нагрева вещества до темп-р, при к-рых возможно осуществление термоядерных реакций (см. Лазерный термоядерный синтез). Созданы первые рентгеновские лазеры, и ставится задача создания гамма-лазеров. [c.320]

Основные энергетические характеристики процесса лазерной сварки - это плотность Е мощности лазерного излучения и длительность I его действия. При непрерывном излучении t определяется продолжительностью времени экспонирования, а при импульсном - длительностью импульса. Превышение верхнего предела " вызывает интенсивное объемное кипение и испарение металла, приводящее к выбросам металла и дефектам шва. На практике лазерную сварку ведут при Е = 10 ...10 Вт/см . При Е < 10 Вт/см лазерное излучение теряет свое основное достоинство - высокую концентрацию энергии. Изменение Е и t позволяет сваривать лазерным лучом различные конструкционные материалы с толщиной от нескольких микрометров до десятков миллиметров. [c.236]

Лазерную сварку можно производить со сквозным и с частичным проплавлением. Сварные швы одинаково хорошо формируются в любом пространственном положении. При толщине свариваемых кромок менее 0,1 мм и при сварке больших толщин с глубоким проплавлением по-разному происходит формирование шва и различны подходы к выбору параметров режима сварки. При сварке как непрерывным, так и импульсным излучением малых толщин используют более мягкие режимы, обеспечивающие лишь расплавление металла в стыке деталей без перегрева его до температуры интенсивного испарения. Сварку сталей и других относительно малоактивных металлов можно в этом случае выполнять без дополнительной защиты зоны нагрева, что существенно упрощает технологию, тогда как сварку с глубоким проплавлением ведут с защитой шва газом, состав которого подбирают в зависимости от свариваемого материала. [c.237]

Гц. Сварку можно вести с присадочным материалом в виде проволоки диаметром менее 1,5 мм, ленты или порошка. Использование присадки позволяет увеличивать сечение шва, устраняя один из наиболее распространенных дефектов - ослабление шва, а также легировать металл шва. Легирующие элементы при лазерной сварке можно также наносить предварительно на поверхности свариваемых кромок напылением, обмазкой, электроискровым способом и т.п. [c.238]

Наиболее распространена лазерная сварка импульсных излучением в электронной и электротехнической промышленности, где сваривают угловые, нахлесточные и стыковые соединения тонкостенных деталей. Хорошее качество соединений обеспечивается сваркой лазерным лучом тонких деталей (0,05...0,5 мм) с массивными. В этом случае, если свариваемые детали значительно отличаются по толщине, в процессе сварки луч смещают на массивную деталь, чем выравнивают температурное поле и достигают равномерного проплавления обеих деталей. Чтобы снизить разницу в условиях нагрева и плавления таких деталей, толщину массивной детали в месте стыка уменьшают, делая на ней бурт, технологическую отбортовку или выточку (рис. 123). При лазерной сварке нагрев и плавление металла происходят так быстро, что деформация тонкой кромки может не успеть произойти до того, как металл затвердеет. Это позволяет сваривать тонкую деталь с массивной внахлестку. Для этого надо, чтобы при плавлении тонкой кромки и участка массивной детали под ней образовалась общая сварочная ванна. Это можно сделать, производя сварку по кромке отверстия в тонкой детали или по ее периметру. [c.238]

При образовании канала 3 над поверхностью металла появляется светящийся факел 2, состоя- Рис. 124. Схема сварочной ванны щий из продуктов испарения, лазерной сварке [c.239]

Форма сварочной ванны в продольном сечении также отличается от ее формы при дуговой сварке (рис. 125). На поверхности фронта кристаллизации имеется выступ, который делит ванну на две характерные части. Нижняя часть значительно заглублена и имеет малую протяженность в поперечном сечении, тогда как верхняя часть более широкая и вытянута вдоль шва. Отсюда очевидно, что при лазерной сварке имеют место два процесса проплавления металла. Первый процесс связан с образованием канала, как это было показано выше. Именно он обеспечивает эффект глубокого проплавления. Второй процесс - поверхностное плавление за счет теплопроводности свариваемого материала. Преимущественное развитие того или иного процесса зависит от режима сварки и определяет очертания сварочной ванны. [c.240]

Высокая концентрация энергии, большая скорость лазерной сварки по сравнению с дуговыми способами, незначительное тепловое воздействие на околошов-ную зону вследствие высоких скоростей нагрева и охлаждения металла существенно повышают сопротивляемость большинства конструкционных матери-Рис. 125. Продольное сечение алов образованию горячих и холодных сварочной ванны трещин. Это обеспечивает высокое каче- [c.240]

При лазерной сварке с глубоким проплавлением металл шва защищают от окисления, подавая через сопло в зону сварки защитный газ. Применяют специальные сопла (рис. 126). Для сварки алюминия, титана и других высокоактивных металлов требуется дополнительная защита корня шва. Для защиты используют те же газы, что и при дуговой сварке, чаще это аргон, гелий или их смеси. Защитные газы влияют на эффективность проплавления чем выше потенциал ионизации и теплопроводность газа, тем она больше. Качественную защиту можно обеспечить при расходе гелия 0,0005...0,0006 м /с, аргона 0,00015...0,0002 м /с, смеси, состоящей из 50 % аргона и 50 % гелия, -0,00045...0,0005 м /с. Для защиты зоны лазерной сварки можно использовать флюсы такого же состава, что и при дуговой сварке. Применяют их в виде обмазок, наносимых на свариваемые кромки. [c.241]

Другой путь повышения эффективности - это подача в зону сварки дополнительного потока газа под давлением. Глубина проплавления при этом увеличится, но чрезмерное повышение расхода газа легко приводит к ухудшению формирования шва, появлению в нем пор, раковин, свищей. Затем газ начинает выдувать жидкий металл, процесс сварки переходит в резку. При сварке с несквозным проплавлением применяют разработанный в МГТУ им. Н. Э. Баумана способ импульсной подачи дополнительного газа. Это повышает глубину проплавления на 30...40 %, стабилизирует проплав. Эффективность процесса лазерной сварки можно повысить, вводя в зону сварки химические элементы, способствующие ионизации газа в зоне сварки и снижающие экранирующее действие факела. Это достигается нанесением на поверхности свариваемых кромок покрытий, содержащих элементы с низким потенциалом ионизации (калий, натрий). [c.242]

В чем состоит принципиальное отличие лазерной сварки с глубоким проплавлением от сварки металлов малых толщин [c.243]

Как защищают металл шва от окисления при лазерной сварке [c.243]

Лазерная резка 313 Лазерная сварка 9, 234 Легирование металла шва 23 Ликвационные прослойки 27, 28 Линия сплавления 25 [c.392]

При выборе лазерной сварки необходимо учитывать, что она обеспечивает высококонцентрированный нагрев до 10" Вт/м , а размеры самого пятна соответствуют диаметру не более десятых долей миллиметра. Поэтому лазерная сварка позволяет получать швы с минимальным расплавлением металла, снижает напряжения и деформации в сварных конструкциях по сравнению с другими способами сварки. [c.471]

При проектировании узлов и конструкций, изготовляемых с помощью лазерной сварки, рекомендуют соединения, где чаще всего шов получается путем проплавления основного металла. [c.472]

Учитывая, что сварка тугоплавких химически активных металлов требует хорошей защиты от воздействия атмосферы и применения концентрированного источника нагрева, наиболее рациональными способами их сварки являются электронно-лучевая, термодиффузионная в вакууме, плазменная и дуговая в камерах с атмосферой аргона или гелия. В некоторых случаях, особенно для металлов малых толщин, применимы лазерная сварка, контактная и сварка трением. [c.514]

При сварке плавлением в качестве источника тепла используют различные источники высокотемпературное газовое пламя (газовая сварка), электрическую дугу (электродуговая сварка), теплоту выделяемую в шлаковой ванне проходящим через нее электрическим током (электро-шлаковая сварка), теплоту струи ионизированных газов плазмы (плазменная сварка), теплоту, выделяемую в металле в результате преобразования в нее кинетической энергии электронов (электронно-лучевая сварка), теплоту когерентного светового луча лазера (лазерная сварка) и некоторые Другие. [c.8]

Сущность и техника сварки лучом лазера. В настоящее время сварка лучом лазера по экономическим соображениям имеет еще незначительное применение в промышленности. Излучение лазера с помощью оптических систем может быть сфокусировано в пятно диаметром в несколько микрометров или линию (см. рис. 4.26. .. 4.28). При этом по концентрации энергии оно на несколько порядков превышает остальные сварочные источники энергии. Лазерная сварка ведется либо на воздухе, либо в аргоне, гелии в СО2 и др. в различных пространственных положениях. Излучение с помощью оптических систем легко передается в труднодоступные места. Для сварки используются твердотельные и газовые лазеры. Твердотельные лазеры могут быть непрерывного и импульсного действия. Ввиду большой концентрации энергии в пятне нагрева форма провара при сварке схожа с таковой при сварке электронным лучом. Использование лазеров с короткими импульсами обычно приводит к бурному испарению металла из сварочной ванны. [c.151]

Лазерную сварку с глубоким проплавлением ведут, как правило, без присадочного металла. Присадочный металл используют для повышения свойств шва или при увеличенных зазорах между кромками. Выполняется она в большинстве случаев в заш,итной среде. Скорость импульсной сварки с глубоким проплавлением значительно ниже, чем при непрерывном излучении. [c.152]

Жесткие требования по точности выполнения устанавливаемых режимов предъявляются к манипуляторам и механизмам перемещения сварочного источника теплоты в автоматизированных установках. Допустимы следующие колебания скорости перемещения при сварке под флюсом 5 % при аргонодуговой сварке тонколистовых металлов 2 % в установках для электронно-лучевой и лазерной сварки менее 1 %. Точность установки свариваемых изделий и отклонение положения стыка при сварке не должно превышать 20. .. 25 % поперечного размера площади пятна ввода теплоты в изделие, т.е. при сварке под флюсом это составляете 1. .. 2 мм при микроплазменной - не более 0,25 мм при электронно-лучевой и лазерной (в зависимости от диаметра луча) от 0,1 мм до 10 мкм. [c.168]

Для сварки композитных материалов применяются лучевые способы (электронно-лучевая и лазерная сварка) и дуговая сварка плавящимся и неплавящимся электродом в среде аргона или гелия. Основные трудности сварки этих материалов связаны с различными теплофизическими свойствами наполнителя и матрицы. При воздействии источника тепла в большинстве случаев в первую очередь плавится металл матрицы, как имеющий более низкую Рис. 15.2. Схема образования температуру плавления. Наполнитель мо-сварного соединения ет расплавиться частично (рис. 15.2). [c.548]

В последнее время в сварочной практике находят применение оптические квантовые генераторы (ОКГ), так называемые лозе/)ы. При лазерной сварке нагрев и плавление металла осуществляются мощным световым лучом, получаемым от специальных твердых или газовых излучателей. Для управления сформированным излучателем лучом служат специальные оптические системы. Вакуум при сварке лазером не нужен, и сварка может осуществляться на воздухе даже на значительном расстоянии от генератора. [c.429]

Лазерная сварка вследствие высоких значений плотности тепловой мощности в облучаемой зоне характеризуется высокой локальностью нагрева. Она позволяет сваривать металлы с различными теплофизическими характеристиками, в труднодоступных местах, поскольку это бесконтактный способ сварки, а также в любой прозрачной для данного излучения атмосфере или среде. В настоящее время для данной сварки применяются импульсные твердотельные лазеры и газовые лазеры непрерывного действия. [c.429]

Лазерную сварку можно с успехом применять для получения различных типов сварных соединений из многих однородных и разнородных металлов. [c.431]

В настоящее время лазерная сварка металлов находится на стадии внедрения в промышленность. Предполагается, что этот метод микросварки найдет применение в приборостроении, электровакуумной промышленности и микроэлектронике в основном для сварки анодно-катодных узлов, экранов и сеток ламп, контактов микрореле, тонколистовых контактных элементов, печатных схем и др. [c.136]

Значение т для тонких образцов (5 и 0,1...0,2 мм) сопоставимы с длительностью импульсов лазера в режиме свободной генерации, составляющей порядка нескольких миллисекунд. При увеличении толщины свариваемых образцов (6 > 1,0 мм) X (6.2) значительно возрастает и с)Ш1ественно превосходит достижимые длительности лазерных импульсов. Вследствие этого лазерная сварка металлов толщиной 5 > 1,0 мм импульсным излучением затрудняется. [c.423]

В настоящее время отработана технология лазерной сварки металлов малых и средних толщин до 10 мм. Однако щирокое применение лазерной сварки в ряде сл Д1аев сдерживается из-за соображений экономического характера. Стоимость технологических лазеров пока еще достаточно высока, что требует тщательного выбора области применения лазерной сварки. Перспективны для лазерной сварки такие случаи, когда применение традиционных способов сварки не дает желаемых результатов либо технически невозможно. Лазерную сварку можно рекомендовать к применению в целях [c.430]

Технологическое оборудование для сварки когерентным световым лучом квантового генератора (лазера) или лазерной срарки используют в радио- и электронной промышленности. Благодаря острой фокусировке возможно сосредоточение очень большой тепловой энергии на площадках, измеряемых сотыми и тысячными долями миллиметра. Принципиально возможно создание лазера, пригодного для сварки очень толстого металла, но процесс плавления металла становится в этом случае практически неуправляемым. Поэтому в настоящее время лазерную сварку применяют для соединения металла сверхмалых толщин (металлическая фольга), проволок малого диаметра и т. п., т. е. изделий, которые не требуют разделки кромок. Основные типы сварных соединений — нахлесточные и стыковые. [c.16]

Сварочная ванна перемещается по свариваемому изделию вместе с источником теплоты. После затвердевания расплавленного металла сварочйой ванны образуется шов. Поперечное сечение переплавленного металла условно делят на площадь наплавки F и площадь проплавления основного металла Fo (рис. 12.13). Очертания зоны проплавления основного металла характеризуется коэффициентом формы проплавления i )np = = b/h или относительной глубиной проплавления h/b, а также коэффициентом полноты проплавления ц р= Fo/(bh). Очертание зоны наплавки характеризуется коэффициентом формы валика ) =Ь/с и полноты валика i =FJ b ). Глубина и форма проплавления зависят от сосредоточенности источника теплоты, определяемой способом сварки и силой сварочного тока. Так, заглубление сварочных ванн имеет место при электронно-лучевой и лазерной сварке, а также при дуговой сварке легких металлов с использованием тока большой плотности. На рис. 12.14 показаны формы поперечных сечений швов при различных способах сварки. [c.446]

По сравнению с электронно-лучевой сваркой лазерная сварка не требует специальных вакуумных камер, что позволяет расширить номенклатуру размеров обрабатываемых деталей. С другой стороны, электронное излучение обладает большей "проникающей способностью", что позволяет сваривать изделия значительно большей толщины. Комплексное сравнение этих методов по технологическим и экономическим характеристикам показало, что при мощностях излучения до 4 кВт (сварка различных металлов толщиной до 5 мм) преимущество лазерных методов сварки несомненно. Если же необходима мощность излучения более 10 кВт (сварка металлов толщиной более 10 мм), то экономически выгоднее использовать элек- [c.247]

К группе материалов без полиморфизма относятся аустенитные сплавы на железохромоникелевой или никельхромистой основе, сохраняющие при комнатной температуре структуру у-твердого раствора, сплавы тугоплавких металлов, алюминиевые и медные сплавы, Р-сплавы титана. Как правило, все материалы сваривают на жестких режимах в среде инертных газов или контролируемой атмосфере источниками тепла с высокой удельной тепловой энергией (аргонодуговая, электроннолучевая и лазерная сварка). [c.244]

В табл. 23.1 приведены данные по тепловой концентрации для ряда источников теплоты. На основании их можно сделать вывод о том, что в настоящее время можно достичь минимального тепловложения в металл при термической сварке, гфименяя световой (лазерная сварка) и электронный луч. [c.457]

Особенности технологии лазерной сварки связаны, в основном, со стремлением снизить отражение луча от поверхности свариваемого металла, исключить его выброс из сварочной ванны под воздействием паров интенсивно испаряющегося металла и выделяющихся из него газов, при сварке больщих толщин металлов — с необходимостью защиты сварочной ванны от взаимодействия с воздухом. Отражение от металла уменьшают подбором необходимой формы импульса лазера, специальной обработкой поверхности или нанесением на нее покрытия. Выброс металла из сварочной ванны происходит при импульсном режиме сварки и определяется характером нагрева металла. [c.471]

Образующаяся при сварке литая структура шва значительно отличается по свойствам от структуры основного металла. Основным дефектом при сварке (особенно ППМ) материалов является пористость. При сварке ПСМ ввиду низкой теплопроводности по толщине возможно образование прожогов и подрезов у линии сплавления. Сварку осуществляют вольфрамовым электродом в среде аргона с присадочной проволокой (для ППМ - Св-04Х19Н9, а ПСМ - металла, аналогичного сетке). Возможна электронно-лучевая и лазерная сварка. [c.551]

Использование синергетических принципов при разработке новых неравновесных технологий открыло поистине фантастические возможности формирования профилей изделий и сварки путем управления тепловыми потоками при воздействии на металл концентрированными потоками энергии (КПЭ). Следует отметить, что КПЭ для обработки и сварки металлов используется уже несколько десятилетий, но при разработке технологических процессов не учитывались особые свойства системы КПЭ—металл, находящейся вдали от термодинамического равновесия. Их использование позволяет оптимизировать процессы путем доведения их до самоорганизующихся. Эти возможности связаны с тем, что при воздействии на. металл КПЭ (струи плазмы, лазерные, электронные и другие лучи) теплофизические процессы, происходящие в нем, целиком определяются температурным полем [571]. Однако вид пространственно-временной структуры при воздействии КПЗ зависит от технологических параметров. Самоорганизующиеся процессы отвечают условиям воздействия, при которых переходы устойчивость—неустойчивость—устойчивость определяются внутренними динамическими взаимодействиями между подсистемами, контролируемыми автоколебаниями. Последние относятся, как известно, к нелинейным процессам. Существенной особенностью воздействия внешней периодической силы на автоколебательную систему является существование областей синхронизации автоколебаний внеигаим периодическим сигналом. [c.359]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...