Материал: Сварка и свариваемые материалы. Технология и оборудование

6.2.Технология лазерной сварки

6.2.1.Применение лазерной сварки

Отработана технология лазерной сварки малых и средних (5— 10 мм) толщин. Однако широкое применение лазерной сварки в ряде случаев сдерживается соображениями экономического характера. Стоимость технологических лазеров пока еще доста­ точно высока, что требует тщательного анализа возможностей применения лазерной сварки. Перспектива для лазерной сварки появляется тогда, когда применение традиционных способов сварки сопряжено с трудностями.

Лазерную сварку следует рекомендовать при необходимости получения прецизионной конструкции, форма и размеры кото­ рой практически не должны изменяться в результате сварки; возможности значительного упрощения технологии изготовле­ ния сварных конструкций за счет выполнения сварки в виде заключительного процесса без последующих операций правки либо механической обработки для достижения требуемой точ­ ности; необходимости существенного увеличения производитель­ ности, так как процесс лазерной сварки может осуществляться на скоростях 100— 2 0 0 м/ч и более, что в несколько раз пре­ вышает скорость наиболее распространенного традиционного способа дуговой сварки; производстве крупногабаритных кон­ струкций малой жесткости с труднодоступными швами. При этом в отличие от электронно-лучевой сварки не требуются ва­ куумные камеры; соединении трудносвариваемых материалов, в том числе разнородных.

Лазерное излучение рекомендуется к использованию для из­ готовления конструкций с учетом технологических особенностей лазерной сварки основных конструкционных материалов [1].

6.2.2. Сварка сталей

Качество и надежность сварных соединений, выполняемых ла­ зерным лучом, в значительной степени определяются точностью сборки элементов под сварку. Необходимая точность сборки до­ стигается подготовкой свариваемых кромок на металлорежущих станках (строганием, фрезерованием, точением).

Поверхность металла в зоне сварки следует очищать от ока­ лины, ржавчины, других загрязнений, а также от влаги. Ука­ занные загрязнения и влага создают условия для образования пористости, оксидных включений, а в некоторых случаях и хо­ лодных трещин в металле шва и зоне термического влияния за счет насыщения водородом.

Зачищать свариваемые поверхности следует щетками из не­ ржавеющей стали на участке не менее 10—15 мм как выше, так

я ниже свариваемых кромок. Зачищаются также торцевые по­ верхности, прилегающие к свариваемым участкам. После за­ чистки место сварки рекомендуется обезжирить.

Сборка под сварку должна обеспечивать возможность тща­ тельной подгонки кромок по всей длине шва с минимальным зазором н перекосом кромок. При толщине свариваемогомате­ риала > 1 ,0 мм зазор не должен превышать 5—7 % толщины (не более 0,2—0,3 мм). Смещение одной кромки относительно другой по высоте не должно превышать 20—25 % от толщины свариваемых деталей (не более 0,5 мм).

При сборке под сварку не рекомендуются прихватки. В слу­ чае необходимости прихватки следует выполнять лучом лазера.

Предпочтительное соединение — стыковое. Нахлесточцые и замковые соединения углеродистых сталей не рекомендуются из-за высокой чувствительности к концентраторам напряжений.

Защ ищать поверхности шва от окисления следует гелием или

специальное сопло. Корень шва с обратной стороны рекоменду­ ется защищать аргоном. В некоторых случаях при сварке низ­ коуглеродистых сталей допускается отсутствие защиты шва.

Характерные режимы непрерывной лазерной сварки некото­ рых сталей обеспечивают сочетание качественного формирова­ ния шва, высокой технологической прочности н высоких меха­ нических свойств сварного соединения (табл. 6.1).

Как следует из табл. 6.1, оптимальные режимы сварки ста­ лей обеспечиваются сравнительно высокими (80— 120 м/ч) ско­ ростями сварки. При этом мощность лазерного излучения мо-

ТАБЛИЦА 6.1

тенентностареющие (08Х15Н5Д2Т)

П р т е ч м а е . Р - и о ц р о сп луча. F — фокусвое p ic c ro tite , AF — заглуб­ лена* фокуса.

жет быть ориентировочно подобрана из условия 1 кВт на 1 мм толщины свариваемой детали.

Представленные в табл. 6.1 режимы даны для стыковых сварных соединений, но в первом приближении их можно ис­ пользовать и для угловых, тавровых, прорезных и других видов соединений.

6.2.3■ Сварка алюминиевых и магниевых сплавов

Сварка алюминиевых и магниевых сплавов характеризуется ря­ дом особенностей, связанных с взаимодействием расплавленного

металла с газами окружающей среды, испарением легирующих элементов, образованием оксидной пленки на поверхности

ванны, затрудняющей качественное проведение сварочного про­ цесса. Основные трудности сварки алюминия и его сплавов

в большинстве своем устраняются применением концентриро­

ванных источников энергии, к которым относятся лазерный и электронный луч.

Под лазерную сварку соединяемые поверхности подготавли­ вают также тщательно, как и под дуговую, включая механиче­ скую обработку, травление с последующим осветлением, про­ мывку в горячей воде и зачистку шабером непосредственно пе­ ред сваркой.

Лазерную сварку осуществляют в среде защитных газов. Обычно рекомендуется использовать гелий для защиты верх­

ней части сварочной ванны, а для корневой части шва моэцет быть использован аргон. Расход гелия должен быть не менее 7—8 л/мин, а аргона 5— 6 л/мин.

При лазерной сварке алюминиевых, сплавов (табл. 6.2) на­ блюдается характерная особенность расплавления металла лишь при определенном уровне мощности и плотности мощно­

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА (ЧИСЛИТЕЛЬ) И СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ (ЗНАМЕНАТЕЛЬ)

ИЗ СПЛАВА АМгб

сти. Например, для сплава АМгб пороговая мощность излуче­ ния СО2 составляет 2—2 ,2 кВт. При этом сразу достигается глу­ бина проплавления 1,5—2,0 мм, а при меньших значениях мощ­ ности проплавление полностью отсутствует. Это обстоятельство связано с высоким коэффициентом отражения алюминиевой по­ верхностью и последующим резким снижением отражения после начала плавления.

Прочность сварных соединений толщиной 2,0 и 3,0 мм со­ ставляет не менее 0,9 от прочности основного металла при сварке без присадочной проволоки (табл. 6.3). Разрушаются соединения преимущественно по шву.

Сварные швы магниевых сплавов, выполненные лучом ла­ зера, хорошо формируются, не образуя провисания при сварке

на весу. Это позволяет в отличие от дуговой сварки осуще­ ствлять лазерную сварку без применения подкладок, что суще­ ственно упрощает технологию изготовления, особенно крупнога баритных конструкций.

Механические свойства сварных соединений, выполненных лазерным излучением с оптимальными параметрами режимов

(табл. 6.4) находятся на уровне соответствующих свойств основ­ ного металла.