Влияние параметров на размеры сварочной ванны




Содержание

Введение...................................................................................................................

Понятие лазерная сварка

Технологические особенности…………………………………………………….

Влияние параметров на размеры сварочной ванны……………………………...

Заключение..............................................................................................................

Список литературы.................................................................................................

 

 

Введение

Развитие машиностроения и приборостроения неразрывно связано с разработкой и внедрением прогрессивных технологических процессов, основанных на новейших достижениях науки и техники. К числу таких процессов принадлежит лазерная обработка материалов.

Процессы лазерной технологии относительно просты в осуществлении, легко управляемы, а высокая пространственно-временная локализованность излучения и отсутствие механического воздействия пучка лазера на объект обработки позволяют реализовать различные уникальные операции: сварку, резку, скрайбирование, поверхностное упрочнение и другие операции, осуществляемые на легко деформируемых изделиях и деталях, в том числе и вблизи теплочувствительных элементов.

Однако широкое использование лазеров в промышленности и, в частности для сварки, зависит от решения ряда проблем, к которым в первую очередь следует отнести необходимость разработки высококачественных и производительных процессов, удовлетворяющих условиям их автоматизации с управлением от ЭВМ. Производительность и технологические возможности лазеров, особенно при сварке энергоемких металлов, ограничиваются относительно низким КПД процесса. При лазерной сварке многих изделий машино- и приборостроения возникает проблема загрязнения изделия частицами свариваемых металлов.

 

 


 

Понятие лазерная сварка

 

После создания первого лазера он нашел применение в технике, а в настоящее время и промышленное применение. Возможности применения лазеров основаны на особых свойствах лазерного излучения, преимущественно на высокой плотности энергии, связанной с возможностью фокусировки (применение при обработке материалов), монохроматичности (применение при передаче информации, метрологии).

Лазерная сварка является методом сварки плавлением, т.е. соединяющиеся детали сплавляются под воздействием лазерного излучения, тем самым должны сохраняться все условия, определенные для обычных методов сварки плавлением. Особенностями являются высокая плотность мощности, а при импульсной сварке – быстрое охлаждение, связанное с коротким временем воздействия. Высокие градиенты температуры могут привести к недопустимому повышению твердости и образованию трещин.

Лазеры применяются для точечной и шовной сварки. Большим преимуществом источника лазерного излучения является его универсальность. Один и тот же источник можно использовать как для различных видов сварки, так и как инструмент лазерной резки металла, термообработки, гравировки.

Шовная сварка может происходить непрерывно или в режиме точечной сварки внахлестку.

При сварке различают два способа:

1. сварка с плавлением за счет прогрева аксиальной теплопроводностью;

2. сварка с глубоким проплавлением.

При образовании сварного шва в режиме теплопроводности преобразованная на поверхности энергия лазерного излучения переносится внутрь изделия в процессе теплопроводности. Интенсивность излучения и длительность его воздействия должны быть согласованы с соответствующим изделием. Модельное представление для сварки с глубоким проплавлением могут дать эксперименты по электронно-лучевой сварке.

Образуется паровой капилляр, на заднем фронте которого при относительном движении между лазерным лучом и изделием происходит конденсация и тем самым образование сварного шва. Таким образом, возможно образование сварных швов с отношением глубины к ширине 8:1. Теплофизические свойства материала определяют также геометрию сварного шва.

Форма шва с глубоким проплавлением определяется как скоростью подачи и типом материала, так и пространственным распределением интенсивности излучения (т.е. мощностью, диаметром лазерного пучка и его структурой). Позиционирование фокального пятна относительно материала является определяющим для профиля сварного шва. Оптимальным считается положение фокуса в изделии примерно на глубине, равной 1/3 толщины изделия.

Лазерная сварка осуществляется без присадочного материала. Для предотвращения образования трещин, а также для управляемого металлургического воздействия при сварке можно применять присадочные материалы.

Сварка и лазерная резка металла осуществляются с применением Nd-ИАГ- и СО2-лазеров. В то время как Nd-ИАГ-лазер применяется для малогабаритных деталей толщиной примерно 1 мм, СО2-лазер со своей выходной мощностью в кВт-диапазоне пригоден для сварки и лазерной резки листов толщиной до 20 мм.

При соединении очень маленьких деталей в электротехнике и в электронике лазерная сварка дает, например, по сравнению с пайкой следующие преимущества:

1. исключение ненужных металлических границ;

2. более высокая механическая прочность;

3. более высокое сопротивление по отношению к вибрации и ударам;

4. более высокие допустимые рабочие температуры;

5. незначительный риск отрицательного влияния на термочувствительные элементы при монтаже;

6. более высокая эксплуатационная надежность.

С помощью лазерного излучения можно производить сварку подводящих проводов, вмонтированных в стекло, и деталей в вакууме через стекло, а также возможна сварка при ремонтных работах в вакуумных лампах.

При импульсной сварке с высокой частотой повторения импульсов с малой энергией получается большая глубина проплава, чем при низкой частоте повторения импульсов с большой энергией, поскольку при более высокой частоте следования импульсов потери за счет теплопроводности становятся меньше.

Однако при высокой частоте повторения импульсов имеет место снижение глубины расплавления, что можно объяснить малой пиковой мощностью в отдельных импульсах и тем самым отсутствием испарения.

Глубина проплавления пропорциональна средней мощности лазерного излучения. Благодаря образованию капилляра в режиме глубокого проплавления при достижении требуемой для этого пороговой мощности происходит резкое увеличение глубины проплавления.

Для защиты сварочной ванны от вредных газов из воздуха шов обдувается коаксиально или сбоку защитным газом (аргон, гелий). Благодаря этому при сварке в режиме глубокого проплавления сдувается также облако плазмы, и существенно изменяются условия его поддержания.

С помощью СО2-лазера могут быть сварены термопластические материалы. Лазерная сварка, особенно в точной механике и электронной промышленности, имеет следующие преимущества:

1. отсутствие механического контакта с местом сварки;

2. соблюдение очень точных допусков в течение длительного времени;

3. практически отсутствует тепловое воздействие на деталь;

4. очень маленькие сварные точки;

5. с помощью управления энергией во времени можно сваривать практически все материалы друг с другом;

6. сварка возможна также в недоступных местах, например через стеклянные перекрытия или в глухих отверстиях;

7. сварку можно осуществляя, в газах, вакууме и жидкостях;

8. непосредственная сварка через изоляцию, не требуется удаления изоляции, лак или оксидные пленки при получении контакта не представляют препятствий;

9. геометрия сварного шва хорошо контролируется и др.

В случае, если лазерной сварке предшествует лазерная резка, сам процесс сварки будет значительно облегчен благодаря высокой точности заготовки. Конечный продукт, выполненный с применением лазерных технологий (резка металла, сварка, закалка) обладает высокими техническими характеристиками.


 

Влияние параметров на размеры сварочной ванны

Режим импульсной лазерной сварки определяется вводимой в свариваемые детали энергией лазерного излучения Q, длительностью импульса t и радиусом светового пятна на облучаемой поверхности свариваемых деталей rf.

обобщенный и усредненный по длительности импульса и площади пятна энергетический параметр. С учетом поглощательной способности поверхности металла A плотность тепловой мощности в пятне F0 . Полную характеристику режима сварки дают сочетания параметров Q, t, rt или Е, t, rf.

Влияние технологических параметров на геометрические размеры сварочной ванны определяется как величиной самих параметров, так и формой и размерами свариваемых деталей, а также и теплофизическими характеристиками основного металла.

Зависимость глубины проплавления h тантала от длительности импульса, получена при беспичковом режиме генерации. Особенность этой зависимости состоит в том, что при малых значениях длительности светового импульса t глубина проплавления растет медленно, а при значениях t выше некоторого, характерного для данного значения Е, рост h существенно увеличивается и становится примерно пропорциональным t. С увеличением Е длина медленно растущего участка резко сокращается.

Зависимость глубины проплавления от освещенности в пятне, при прочих равных условиях, может быть различной. При малых значениях освещенности наблюдается медленное возрастание глубины проплавления, а при больших - быстрое возрастание. В случае беспичковой структуры генерации переход между этими двумя участками весьма резкий.

С увеличением освещенности в области плавления металла (исключая область сверления) диаметр расплавленной зоны монотонно возрастает, а коэффициент формы проплавления соответственно уменьшается.

Влияние расфокусировки на глубине проплавления металла зависит от того, где размещено наименьшее сечение светового пучка — под облучаемой поверхностью (положительная расфокусировка) или над ней (отрицательная расфокусировка). В области положительных расфокусировок эта зависимость имеет максимум и глубина обработки изменяется более резко, чем при отрицательных расфокусировках.

Несмотря на большую глубину проплавления, достигаемую при положительных расфокусировках, практически использовать указанное преимущество трудно, так как глубина проплавления в этом случае более чувствительна к изменению величины расфокусировки, чем в случае отрицательных расфокусировок, а это приводит к нестабильности режима сварки.

Подбор оптимального режима сварки осуществляется изменением энергии излучения, диаметра пятна излучения и длительности импульса. Энергия излучения регулируется изменением напряжения накачки, диаметра отверстия диафрагмы и набором оптических фильтров. Последние расположены перед фокусирующей линзой. Два первых метода регулирования технологически менее удобны, чем третий, при котором проплавление металла практически прямо пропорционально плотности мощности в пятне. Наиболее невыгодно варьировать напряжение накачки, так как при этом изменяются длительность и пичковая структура лазерного излучения.

Применение поляризационных ослабителей (например, призмы Глана или стопы из плоскопараллельных пластин) в сварочных установках с рубиновым лазером позволяет осуществить плавную регулировку выходной энергии без изменения других параметров сварочного режима.

 

Недостатком этого метода являются высокая стоимость поляризационных призм, большие габаритные размеры стопы пластин.

Диаметр светового пятна на поверхности детали можно регулировать, изменяя фокусное расстояние фокусирующей линзы или же расфокусируя излучение. Технологически более удобным является последний метод.

 

 


 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-07-03 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: