Физика процесса лазерной сварки

Кривошипные диски, втулки, кулачковые кольца в большинство своём являются составными деталями, самую нагруженную часть которых делают из высоколегированной стали, а остальную из более дешевой низколегированной. Качественное соединение таких составных деталей с минимальными деформациями может быть обеспечено использованием лазерной сварки. Высокая работоспособность составных деталей обеспечивается применением узкого шва.

При производстве шестерен изготовление рабочей части из дорогостоящих легированных износостойких сталей и нерабочей из нелегированных сталей значительно повышает экономичность изготовления. Это обеспечивается приваркой рабочей части к нерабочей лазерным излучением, что приводит к появлению возможности сварки разнородных материалов без трещин, уменьшению деформации, уменьшению размера расплавленной зоны, повышению качества детали.

Все главные преимущества использования лазерной сварки реализуются при сварке деталей арматуры.

Соединение заготовок встык возможно при широком диапазоне типов свариваемых деталей и толщины используемых материалов. В этом случае сначала стыкуют торцевые поверхности деталей, затем их расплавляют, что предоставляет возможность получать глубокие и узкие проплавления при минимальных деформациях. Стыкуемые поверхности обрабатывают на фрезеровочных или точильных станках.

Для снижения требований к величине зазора и плотности прижатия стыковые соединения для сварки деталей толщиной до 2 мм выполняют с отгибом на 90 градусов с последующей стыковкой. Отбортованный материал используется как присадка, компенсирующая величину зазора.

Особенностью проплавного соединения лазерным излучением заключается в сквозном проплавлении одной из деталей, находящейся сверху. Сварное соединение образуется из-за переплава границы двух поверхностей, когда в поверхность нижней детали внедряется корневая часть проплава. Для тавровых соединений сварка осуществляется с двух сторон, а луч направляется в основном по линии стыка. Такое направление луча приводит к плавлению металла вдоль всего стыка, что обеспечивает прочное соединение. Стыковые швы необходимо сваривать с точным соблюдением перпендикулярности оси луча к поверхности деталей в плоскости, которая расположена перпендикулярно оси шва, так как иначе возможны несплавления, особенно на толщинах более 5 мм. Незамкнутые прямолинейные швы необходимо начинать сваривать с пластины, плотно соединенной с началом шва, а не с самой детали. Полученные подкладки удаляются после сварки. Для повышения точности наведения луча на пластине проваривают эталонный шов, после чего дополнительный световой или лазерный источник наводится на поверхность эталонного шва, а в дальнейшем он используется для сборки деталей для сварки.

Периодичность импульсных лазеров и малые скорости сварки допускают получение швов малой протяженности, менее 200 мм. Одна из конструкций деталей, обеспечивающая максимальную эффективность – с совпадением по времени чередования шва с периодом отключения лазера.

Сварка с глубоким проплавлением приводит к образованию поверхностных (внешних) и глубинных (внутренних) дефектов. Первые обычно выявляются визуальным осмотром, вторые применением физических методов неразрушающего контроля – ультразвуковой, радиографический, капиллярный, магнитный.

Радиографический метод включает в себя воздействие на материал гамма излучением, возникающим при распаде радиоактивных веществ, либо рентгеновским излучением, которое образуется при торможении электронов, ускоренных в электрическом поле. Такие лучи с малой длиной волны проходят сквозь металл аналогично просвечиванию стекла обычным светом. Расположенная после фотопленка своим потемнением фиксирует плотность металла – поры, раковины, трещины выглядят на пленке в виде более темных пятен. Несмотря на простоту интерпретации дефектов такой метод вреден в виду опасности излучения.

Так как акустические волны с частотой 0.5...5 МГц при распространении по металлу существенно ослабевают при столкновении со средой с меньшей плотностью и отражаются от границы раздела двух сред, этот эффект используют в ультразвуковом методе. Искатель с пьезоэлектрическими преобразователями, генерирующими и регистрирующими ультразвуковые волны соединяют с изделием путем заполнения места их соприкосновения вязкой жидкостью - глицерином, маслом и т.д. Акустический сигнал отражается от дефекта, преобразуется в электрический и отображается на осциллографе. Такой подход позволяет контролировать более широкий диапазон толщин и обнаруживать тонкие дефекты, но характеризуется трудностью интерпретации дефекта, высокими требованиями к подготовке поверхности изделия.

Магнитный метод основан на индикации и анализе магнитных полей рассеяния, которые возникают в тех местах, где нарушена сплошность ферромагнитного сварного шва под воздействием магнитного поля после намагничивания детали. Такой способ контроля относительно прост и нагляден но позволяет контролировать только ферромагнитные материалы.

 
Оригинал текста доступен для загрузки на странице содержания
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >