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
|
|
|
|
го б л |
и ц А 6.г |
ОПТИМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ СВАРКИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ |
|||||
|
ИЗЛУЧЕНИЕМ |
СО,-ЛАЗЕРА |
|
|
|
Материал |
k t мм |
Р, |
кВт |
°с»' м' 4 |
F, см |
АМгб |
2,0 |
2,1 |
90 |
12 |
|
АМгб |
2,0 |
2,3 |
120 |
12 |
|
3,0 |
2,3 |
90 |
14 |
||
АМгб |
3,0 |
2,8 |
120 |
14 |
|
4,0 |
2,8 |
90 |
14 |
||
АМг61 |
4,0 |
3,1 |
120 |
14 |
|
2,0 |
2,3 |
100 |
12 |
||
АМгбНП |
4,0 |
2,8 |
90 |
12 |
|
4,0 |
3,1 |
120 |
12 |
||
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА (ЧИСЛИТЕЛЬ) И СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ (ЗНАМЕНАТЕЛЬ)
ИЗ СПЛАВА АМгб
б, мм |
а в . Н/мм9 |
о0 2 . Н/мм9 |
КС и, МДж/м9 |
нв |
а. град |
2,0 |
353/346 |
174/— |
0,21/0,25 |
75/72 |
—/ н е |
3,0 |
378/348 |
188/— |
0,22/0,25 |
82/82 |
—/74 |
4,0 |
468/345 |
326/— |
0,22/0,27 |
98/80 |
—/64 |
П р и м е ч а н и е . Материал толщиной |
4,0 мм нагартован. |
|
|
||
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.
|
|
|
|
Т А Б Л И Ц А 6.4 |
|
РЕЖИМЫ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ |
|
||||
|
НЕПРЕРЫВНЫМ |
ИЗЛУЧЕНИЕМ |
СО, |
|
|
Материал |
б , ММ |
Р, кВт |
°св- м/ч |
F, |
мм |
|
|
|
|
|
|
МА2-1 |
1.8 |
2,0 |
100 |
|
112 |
ИМВ-2 |
1,2 |
2,3 |
130 |
|
112 |
4,0 |
2,0 |
6,0 |
|
112 |
|
МА18 |
1,2 |
2,0 |
130 |
|
112 |
6.2-4. Сварка титановых сплавов
Основными трудностями сварки титановых сплавов являются высокая химическая активность металла при повышенных тем пературах и особенно в расплавленном состоянии, склонность к росту зерна при нагреве до 330—350 °С и выше, а также по вышенная склонность к образованию холодных трещин при повышении содержания в шве и околошовной зоне примесей газов, в особенности водорода. Перечисленные трудности устра няются при сварке с минимальными значениями погонной энер гии, обеспечиваемыми такими высококонцентрированными ис точниками энергии, как лазерный и электронный лучи.
Необходима тщательная подготовка кромок под сварку, включая механическую обработку или дробеструйную, песко струйную с последующим химическим травлением, осветлением и промывкой.
Существенно влияет на свойства сварных соединений каче ство защиты поверхности, корня шва, остывающих участков шва и околошовной зоны до 400—500 °С. Для защиты поверхности
шва и плазмоподавления в зоне лазерного воздействия исполь зуется гелий высокой чистоты с ориентировочным расходом 10—12 л/мин. Для защиты остывающей поверхности шва и корня можно применять аргон повышенной чистоты с ориенти ровочным расходом для корня шва 4—5 л/мин и для поверхно сти шва 15—18 л/мин.
Режимы лазерной сварки выбираются из условий обеспече ния качественного формирования, необходимой геометрии шва,
предотвращения образования холодных трещин и создания наи более благоприятных структур в шве и околошовной зоне
(табл. 6.5).
Повышенные механические свойства сварных соединений, вы полненных лазерной сваркой (табл. 6 .6 ), связаны с высокой
скоростью процесса и соответственно с высокими скоростями охлаждения металла шва и околошовной зоны, составляющими
в полиморфной |
области |
400—600 °С/с |
по сравнению |
с 2 0 — |
|
|
|
Т А Б Л И Ц А 6.S |
|
РЕЖИМЫ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ |
|
|||
Сплав |
в, мм |
Я, кВт |
"св- и/4 |
Я, мм |
ВТ6 |
3,0 |
3,0 |
80 |
300 |
ВТ28 |
5,0 |
4,0 |
80 |
300 |
2,0 |
4,0 |
160 |
230 |
|
ПТЗВ |
3,0 |
3,3 |
100 |
149 |
4,0 |
4,0 |
160 |
500 |
|
|
5,0 |
4,0 |
95 |
149 |
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА |
СВАРНЫХ СТЫКОВЫХ |
|
||
СОЕДИНЕНИЙ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ПТЗВ, |
|
|||
|
ПОЛУЧЕННЫХ РАЗНЫМИ |
СПОСОБАМИ |
|
|
Сварка |
а в, Н/мм» |
|
КС Ut Дж/см* |
|
а_,. |
Н/мм* |
ЗТВ* |
||
|
|
|
шва |
|
Аргонодуговая |
760 |
280 |
95 |
63 |
Электронно-лучевая |
780 |
300 |
89 |
71 |
Лазерная |
800 |
400 |
98 |
84 |
Основной металл |
800 |
550 |
70 |
— |
* Зона термического |
влияния. |
|
|
|
25°С/с при дуговой сварке. Это приводит к повышению дисперс ности металла шва в три-четыре раза, а также значительному
измельчению зерна в околошовной зоне.
6.3. Оборудование для лазерной сварки
Оборудование для лазерной сварки состоит из источника коге рентного излучения — технологического лазера, системы транс портировки и фокусировки излучения, системы газовой защиты изделия, системы относительного перемещения луча и изделия. Технологические лазеры можно разбить на две основные группы: твердотельные и газовые. Лазер состоит из излуча теля и источника питания.
6.3.1.Твердотельные лазеры
Визлучателях твердотельных лазеров в качестве рабочего тела используются активные элементы из рубина, стекла с присад
кой ионов неодима, алюмоиттриевого граната (АИГ) с неоди-
Т А Б Л И Ц А е.7
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЛАЗЕРОВ
Тип лазера |
X. |
ризл |
АИ М П . |
vHM„. кГц |
</„. « и |
а. рад. |
тп, кг |
мкм |
ср |
Дж |
|
||||
ЛТН-101-103 |
1,06 |
63—250 |
|
5—50 |
4 |
1*10“2 |
190—340 |
ЛТН-501-502 |
1,06 |
8—16 |
— |
1,5—1,0 |
(1-2) X |
225 |
|
Квант-15-16 |
1,06 |
100—125 |
10—30 |
2-10-*— |
|
X 10“3 |
815 |
|
|
||||||
Фотон-500 |
1,06 |
300 |
— |
10“4 |
4 |
2,5-10-2 |
690 |
— |
П р и м е ч а н и е . А — энергия в импульсном режиме, dn — диаметр пучка, а — расходимость.
Рис. |
|
6.5. |
|
Схема |
|
твердотельного |
ла |
||||
зера: |
рабочее |
тело; |
|||
/ |
— |
||||
2 |
— |
криптоновая |
|||
лампа; |
3 |
— |
отра |
||
жатель; |
4 |
— глу |
|||
хое зеркало |
резона |
||||
тора; |
5 |
— |
выходное |
||
зеркало |
резонатора; |
||||
6 |
— |
источник |
пита |
||
ния |
|
|
|
|
|
мом. «Накачку» (возбуждение активного элемента) осуществ ляют световым потоком (от мощных дуговых криптоновых
ламп). Длина волны излучения в зависимости от материала ра бочего тела 0,37—1,064 мкм. Электрический к. п. д. 1—3 %. Ос новные функциональные узлы излучателя (рис. 6.5): «рабочее тело», система «накачки», включающая электрические лампы и отражатель, концентрирующий световую энергию на рабочем теле, система охлаждения, резонатор. Лазеры работают в не прерывном и импульсном режимах. Последний реализуется либо модуляцией добротности при непрерывной «накачке», либо импульсной «накачкой». Технические характеристики некоторых твердотельных технологических лазеров приведены в табл. 6.7.
€.3.2. Газовые лазеры |
|
|
В технологических газовых лазерах в |
качестве |
рабочего тела |
в основном используется смесь С 02, N2 и Не |
при давлении |
|
2,66—13,3 кПа. Возбуждение рабочего |
тела |
осуществляется |
электрическим разрядом. Два последних газа обеспечивают пе редачу энергии возбуждения молекуле С 02 и благоприятные условия горения разряда. Длина волны излучения 10,6 мкм. Электрооптический к. п. д. 5—15 %. Основные функциональные узлы лазера (рис. 6.6): вакуумплотный замкнутый контур, вну три которого смонтировано устройство для прокачки рабочей смеси газов, являющаяся частью контура электроразрядная камера, резонатор; вакуумный насос для откачки контура; си стема охлаждения рабочей смеси и оптических систем; источник питания; система управления; системы коммутации и измерения лазерного излучения. По способу охлаждения рабочей смеси — диффузное (медленная прокачка) и конвективное (быстрая