Оценка формирования сварного шва при лазерной сварке в различных средах

1. Оценка формирования сварного шва при лазерной сварке в различных средах

Пермский Национальный Исследовательский
Политехнический Университет
Кафедра «Сварочное производство,
метрология и технология материалов»
Оценка формирования сварного шва при
лазерной сварке в различных средах
Долинин Евгений Александрович
Научный руководитель: к.т.н., доцент
Пермь 2017
Летягин Игорь Юрьевич

2. Введение

Развитие в машиностроении и приборостроении
неразрывно связано с разработкой и применением
прогрессивных
технологических
процессов,
основанных на новейших достижениях науки и
техники.
К числу таких процессов принадлежит
лазерная сварка материалов.
2

3. Преимущества лазерной сварки по сравнению с другими методами сварки:

• Высокое качество сварных соединений (во многих случаях
механические свойства шва могут быть обеспечены на
уровне свойств основного материала).
• Возможность сварки магнитных материалов.
• Возможность точно сконцентрировать энергию в
определенном месте детали, что позволяет производить
сварочные работы даже на деталях очень мелкого размера.
• Минимальный нагрев деталей и деформации (в 3 - 5 раз
ниже, чем при дуговой сварке)
• Возможность сварки самого широкого спектра марок
сталей, сплавов и материалов: от высоколегированных,
высокоуглеродистых марок стали до сплавов меди и
титана, пластмасс, керамики, стекла и разнородных
материалов.
3

4.

Проводимые исследования
Россия
Туричин Г.А., Цибульский И.А., Земляков Е.В., Харламов В.В
Япония
Seiji Кatayama, Abe Yohei, Masami Mizutani, Yousuke Kawahito.
Германия
Martin Petricha, Martin Stambkea, Jean Pierre Bergmann.
Украина
Хаскин В. Ю., Шулым В. Ф., Бернацкий А. В., Сиора А. В.

5.

Цель исследования:
Оценить формирование сварного шва при лазерной
сварке в различных окружающих средах.
Задачи:
• Подбор оптимального режима сварки
• Изготовление образцов и исследование макрошлифов
• Проведение экспериментов по сварке на воздухе и
вакууме с регистрацией сигнала тока плазмы на
различной высоте от изделия
• Оценить влияние окружающих сред на формирование
сварного шва

6. Используемое оборудование

Внешний вид лазерной установки.
1- система охлаждения; 2- лазерный излучатель; 3- блок питания, в состав которого сходит источник тока, выпрямитель, блок конденсаторов,
разрядный блок; 4- бинокулярный микроскоп с 16х увеличением, 5- дисплей управления параметрами лазерного излучения; 6- оптическая система
фокусировки излучения; 7- система подачи газа в зону обработки; 8- система видеонаблюдения с отображением изображения на ТВ-экране; 9ручной двухкоординатный стол; 10- компьютер управления; 11- вакуумметр; 12- вакуумный насос; 13- вакуумная камера.

7. Этапы проведения исследования

• Подбор режима сварки
• Сварка образца на воздухе с регистрацией тока
плазмы
• Установка образца в вакуумную камеру
• Создание вакуума в камере
• Сварка образца с регистрацией тока плазмы
• Фиксация внешнего вида сварных точек
• Изготовление макрошлифов и изучение
формирования сварного шва

8. Режим

Экспериментальные исследования были выполнены
при следующем режиме:
Напряжение лампы накачки – 400 В.
Время импульса – 20 мс.
Средняя мощность – 350 Вт.
Давление – 120 Па (при сварке в вакууме)
8

9. Внешний вид полученных точек

Воздействие лазерного луча на металл осуществлялось по
двум вариантам: открытая атмосфера и вакуум.
Внешний вид сварных точек на пластинах:
Лицевая сторона образца:
пластина 1 – вакуум
пластина 2 - атмосфера

10. Сигналы полученные с АЦП в атмосфере

Сигнал полученный в атмосфере на высоте 5 мм.
Сигнал полученный в атмосфере на высоте 15 мм.
10

11.

Сигналы полученные с АЦП в вакууме
Сигнал полученный в вакууме на высоте 5 мм.
Сигнал полученный в вакууме на высоте 15 мм.
11

12. Сигналы полученные с АЦП

Сигнал полученный в атмосфере
Сигнал полученный в вакууме
12

13. Описание внешнего вида

Зоны проплавления, полученные в открытой атмосфере:
Сварные точки округлой формы ø0,9…1,2мм. Точки
сформированы со значительным углублением, в центре которого
просматриваются поры и рыхлоты. На боковых поверхностях
сварных точек присутствуют цвета побежалости от темно-серого
до темно-коричневого цвета.
13

14. Описание внешнего вида

Зоны проплавления, полученные в вакууме:
Сварные точки округлой формы ø1,0…1,2мм. Точки сформированы
с углублением, в центре просматривается дно, видимых трещин нет.
Боковые поверхности сварных точек серого матового цвета,
присутствует цвета побежалости от темно-серого до темнокоричневого цвета.
14

15. Описание макрошлифов

• Формирование литого металла точек на пластине 1
кинжального вида с глубиной проплавления 2,3-3,2мм. На
отдельных точках в центральной части шва наблюдается
рыхлота усадочного характера величиной до 20% от глубины
проплавления. С наружной поверхности углубление от
лазерного луча конической формы с глубиной до 0,3 мм. Зона
термовлияния чистая без трещин.
15

16. Описание макрошлифов

• Формирование литого металла точек на пластине 2 кинжального вида,
аналогично пластине 1, с глубиной проплавления 1,8-2,4 мм. Однако в
отличие от точек на пластине 1, усадочные рыхлоты в центре шва
имеются на всех исследованных точках и практически на всю глубину
проплава с выходом на поверхность. В металле присутствуют поры Ø
до 0,1 мм. Углубление от лазерного луча имеет вид воронки величиной
до 1,0 мм. В зоне термовлияния с выходом в литой металл
наблюдаются микротрещины длиной 0,2 и 0,25 мм.
16

17. ВЫВОДЫ

1. Лазерная сварка в вакууме обеспечивает более глубокое
проплавление (на 30-40%) по сравнению со сваркой в
открытой атмосфере при одинаковых параметрах режимов
сварки.
2. При лазерной сварке в вакууме наблюдается более
симметричное проплавление.
3. При сварке в вакууме в зоне проплавления отсутствуют
поры и трещины в отличии от лазерной сварке в открытой
атмосфере.
17

18. Спасибо за внимание!

18