Зачем нужна лазерная проволочная сварка?

По сравнению с традиционными методами сварки,лазерная сваркаобладает существенными преимуществами: низкий подвод тепла, высокая скорость сварки, малая зона термического воздействия.

В последние годы лазерная сварка получила широкое применение в автомобильной, судостроительной, атомной и аэрокосмической промышленности.

Авиационная промышленность и другие высокотехнологичные отрасли все шире используют это оборудование, а снижение стоимости комплектных наборов позволяет ему пополняться в рамках повседневного снабжения.

И другие области применения, связанные с повседневной жизнью, начали быстро развиваться. Но в то же время, одноэтапная лазерная сварка также имеет определенные недостатки.

Невозможно удовлетворить все более разнообразные потребности: во-первых, требования к зазорам при односторонней лазерной сварке сварных швов очень строгие,

Обычно требуется, чтобы зазор был < 0,2 мм, иначе сложно добиться хорошего соединения; Во-вторых,однолазерная сваркаочень чувствителен к трещинам, возникающим при сварке.

Очень легко вызвать растрескивание сварного шва, и состав сварного шва нельзя регулировать для контроля образования трещин; В-третьих, одиночный

Для лазерной сварки пластин большой толщины требуются лазеры сверхвысокой мощности, а глубина проплавления полностью зависит от мощности лазера.

И гарантировать качество сварного шва в полной мере невозможно.

Для удовлетворения потребностей развития различных отраслей промышленности методы лазерной сварки также были усовершенствованы, и соответствующее развитие было начато, как, например, в данной статье.

Описаны лазерная сварка проволокой с заполнением шва и другие методы сварки. Лазерная сварка проволокой с заполнением шва разработана на основе однофазной лазерной сварки.

По сравнению с однофазной лазерной сваркой, она имеет очевидные преимущества:

①Значительно снижаются требования к сборке заготовки, поскольку в процессе сварки добавляется сварочная проволока, что значительно увеличивает толщину сварочной ванны и позволяет создавать перемычки.

Для соединения используйте больший сварочный зазор, обеспечивая при этом более плотный шов;

Микроструктурные свойства зоны сварки можно контролировать, поскольку состав сварочной проволоки отличается от состава основного материала сварного шва.

После того как проволока сплавляется в сварочную ванну, качество, состав и пропорции сварочной ванны можно регулировать для контроля процесса затвердевания и формирования микроструктуры.

(3) Линейный энергетический ввод невелик, зона термического воздействия и термическая деформация невелики, что очень способствует сварке заготовки со строгими требованиями к деформации;

④Благодаря добавлению сварочной проволоки в процесс сварки, можно выполнять сварку более толстых материалов с меньшей мощностью лазера, а также многократную сварку.

Металл в сварочной ванне значительно увеличится в объеме, что позволит расширить сварочный шов и уменьшить фактические размеры сварного соединения.

Лазерная сварка позволяет регулировать толщину свариваемого материала и осуществлять многоканальную лазерную проволочную сварку толстых пластин.

Разница между лазерной сваркой проволокой и лазерной сваркой проволокой

На рисунке 1 показана форма лазерной сварки проволокой с присадочным материалом, которая отличается от лазерной пайки проволокой с присадочным материалом, показанной на рисунке 2. Основные элементы обоих методов сварки следующие:

Постоянные, состоят из лазерного луча, сварочной проволоки, сварочных деталей и защитного газа; решение о добавлении чего-либо принимается в зависимости от фактических потребностей.

В состав основного оборудования входят: устройство подачи проволоки, сварочный аппарат, сварочный пистолет для мягкой сварки проволокой, сварочная головка, мощный лазер.

Рисунок 1. Лазерная проволочная сварка.

Рисунок 2. Лазерная пайка проволокой.

Хотя внешнее сходство двух методов сварки практически отсутствует, по сути, разница существенная. При лазерной сварке проволокой...

Как правило, используется мощный волоконный лазер, как показано на рисунке 3. Для работы лазера необходима не только сварочная проволока, но и расплавление основного металла.

Особый эффект образования отверстий при лазерной глубокопроплавной сварке формируется на основном металле, образуя глубокую расплавленную ванну, и состав сварочной проволоки полностью смешивается с составом основного металла.

Формируется новая гибридная расплавленная ванна, элементный состав, пропорции и качество которой превосходят аналогичные показатели сварочной проволоки и основного материала.

Таким образом, в процессе сварки можно использовать подходящую сварочную проволоку, учитывая дефекты характеристик основного материала, что позволит повысить эффективность сварки.

На уровне внешнего вида целенаправленно улучшаются такие характеристики сварного шва, как трещиностойкость, усталостная прочность, коррозионная стойкость, износостойкость и другие. Кроме того,

Кроме того, лазерная проволочная сварка позволяет выполнять многоканальную сварку, поскольку обеспечивает глубокое проплавление с эффектом образования небольших отверстий.

Полное сплавление двух нижних слоев сварного шва позволяет избежать серьезных дефектов, связанных с несваркой, и, следовательно, обеспечивает возможность сварки соединений большой толщины.

Когдалазерный проводДля пайки обычно используется мощный полупроводниковый лазер, как показано на рисунке 4.

При использовании сварочной проволоки на сварной шов воздействует лишь очень небольшое количество лазерного излучения, расплавляя небольшое количество металла на его поверхности, в результате чего расплавленная ванна практически полностью расплавляется.

Сварочная проволока формируется, поэтому качество сварки в основном зависит от элементного состава и соотношения сварочной проволоки и расплавленной сварочной проволоки в месте сварки.

Основная цель лазерной пайки проволокой — достижение определенной прочности сварного шва.

А при герметизации и лазерной пайке проволокой нельзя выполнять многослойную сварку, в результате чего верхний и нижний два слоя сварного шва практически не могут быть сплошными.

Теперь, когда сустав полностью и эффективно сросся, его механические свойства очень плохие.

Область применения лазерной сварки проволокой

С развитием технологии лазерной сварки проволокой и повышением предельной мощности лазера расширился и спектр применения данной технологии.лазерная проволочная сварка

Всё более масштабные, главным образом в следующих аспектах:

Лазерная проволочная сварка алюминиевых сплавов

В целом, поскольку сам алюминиевый сплав обладает высокой отражательной способностью по отношению к лазеру и высокой теплопроводностью, его сваривают лазером.

При высокой требуемой мощности лазера это приводит к значительному испарению и потерям энергии из-за сгорания низкокипящих элементов в алюминиевых сплавах (таких как Mg, Zn и др.).

В то же время низкое поверхностное натяжение расплавленного металла влияет на характеристики затвердевания сварного шва, и эти причины приводят к существованию лазерной сварки алюминиевых сплавов.

Многочисленные проблемы – плохие механические свойства сварных швов, некачественная формовка сварного шва, пористость и трещины – серьезная проблема. Вместо этого для заполнения проволоки используется лазер.

Сварка алюминиевого сплава значительно улучшит решение этих проблем:

①Лазерная проволочная сварка позволяет улучшить углубление на поверхности сварного шва, эффективно повышая качество сварки.Тип сварки, а разбрызгивание в процессе сварки незначительное;

②Добавление сварочной проволоки может не только повлиять на ориентацию кристаллов цилиндрической формы в сварном шве, но и разбавить его.Кристаллическая граница раздела, образующаяся в результате относительного роста столбчатого кристалла в сердцевине, улучшает формирование сварного шва, а также повышает коэффициент поглощения лазерного излучения материалом.

С увеличением ширины расплава микротвердость незначительно снижается, а прочность на растяжение и удлинение соединения значительно возрастают при оптимизированных параметрах процесса.

Улучшение; (3) Сварка с соответствующими параметрами процесса позволяет получить отсутствие явных внутренних дефектов, микротвердость HV60 или выше и зону термического влияния сварного шва.

В зоне сварки не наблюдается явного размягчения, а разрушение происходит в области основного материала во время испытания на растяжение.

Лазерная проволочная сварка разнородных металлов

В некоторых сложных условиях эксплуатации или по соображениям экономии часто возникает необходимость одновременного контроля нескольких аспектов обрабатываемой детали.

Особые свойства, такие как коррозионная стойкость, высокая удельная прочность, термостойкость, износостойкость, высокая теплопроводность, хорошее рассеивание тепла и т. д., но подавляющее большинство

Металлические материалы не могут одновременно обладать рядом столь выраженных особых свойств, и металлические материалы с особыми свойствами часто являются

Дефицитный и дорогой материал, не пригодный для использования в больших количествах, поэтому, если можно изготовить различные материалы со специальными свойствами для достижения эффективного соединения, то...

Может соответствовать требованиям к применению. Различия в физико-химических свойствах разнородных металлических материалов, как правило, велики, что неизбежно в процессе сварки.

Образование интерметаллических соединений оказывает значительное влияние на характеристики сварных швов, а хрупкость интерметаллических соединений значительно облегчает получение сварного шва.

Использовать один лазер для прямой сварки разнородных металлов крайне сложно, а стабильность процесса трудно контролировать.

Трудности в воспроизведении. Большое количество ученых и экспертов пришли к выводу, что лазерная проволочная сварка относительно хорошо подходит для сварки разнородных металлов, и этот выбор является целесообразным.

Присадочная проволока может в определенной степени подавлять образование интерметаллических соединений и значительно улучшать механические свойства сварных соединений.

Производительность:

①При соответствующих параметрах процесса можно получить качественное нахлесточное соединение Mg/Cu, выполненное методом лазерной проволочной сварки.Максимальная прочность на сдвиг соединений разнородных металлов с определенной прочностью может достигать 164,2 МПа, что составляет 64% от прочности основного металла — магниевого сплава.

② Исследована сварка нахлесточного и стыкового соединения алюминий/титан, и результаты показывают, что процесс сварки является стабильным и происходит равномерно при использовании прямоугольного светового пятна.Прекрасный внешний вид, широкий диапазон параметров процесса, высокое качество сварки, максимальная прочность на растяжение достигает 94% от прочности основного металла из алюминиевого сплава;Улучшить процесс формовки сварных швов.В случае деталей, имеющих подшипниковое крепление, при разрушении сварного шва его эффективная толщина уменьшится, а механические свойства снизятся, если произойдет заклинивание сварного шва.

Это приведет к концентрации напряжений на краю сварного шва, и механические свойства снизятся. Для заготовки с требованиями к внешнему виду, если сварной шов разрушится, это может привести к его разрушению.

Зацепление или повреждение края может серьезно повлиять на внешний вид и недопустимо. Для получения качественного сварного шва используется лазерная проволочная сварка.

Это очень хороший метод, поскольку сварочная проволока сплавляется с расплавленной ванной, что позволяет эффективно увеличить её объём и обеспечить полное заполнение шва.

Дефект края прикуса.

Для заготовки с большим зазором в стыке (как правило)≥При использовании лазерной сварки толщиной 0,3 мм сложно добиться эффективного соединения, и возможно лишь частичное заполнение дефекта.

Дополнительный материал может заполнить сварочный зазор, поэтому лазерная проволочная сварка является очень эффективным решением.

Сварка угловых швов с узким зазором

Лазерная сварка с узким зазором и заполнением проволокой позволяет эффективно сваривать листовой металл средней и большой толщины, используя лазеры малой и средней мощности, а не только за счет добавления сварочных работ.

Использование проволоки позволяет изменять состав и структуру сварочного металла, улучшать общие характеристики сварного соединения, а также оптимизировать наклон сварного шва при лазерной сварке.

Адаптивность и отказоустойчивость зазора между режущим инструментом и сварным швом, а также узкая зона термического воздействия и низкое напряжение в сварном соединении обеспечивают высокую производительность.

Поэтому в последние годы многие эксперты и ученые провели соответствующие исследования по этой теме:

①Использование лазерной проволоки с узким зазором для заполнения многоканального пространстваПри сварке стальной пластины из стали Q345D морского назначения толщиной 40 мм были получены хорошие результаты, свидетельствующие о том, что при соответствующих параметрах процесса сварки можно получить качественную форму.

Сварной шов не имеет пористости, дефектов, таких как несварка, обладает хорошей ударной вязкостью в центре сварного шва, а прочность сварного шва на растяжение выше, чем у основного материала;

②Сварка стального ротора толщиной 50 мм проводилась методом многопроходной лазерной сварки с узким зазором и заполнением проволокой, и результаты показали, что параметры процесса сварки являются подходящими.

Она обеспечивает хорошую формуемость, без дефектов, таких как несплавление боковых стенок, при этом ударная вязкость соединения снижается, но прочность на растяжение у неё выше, чем у исходного материала.

Древесина;③В данной работе исследована узкозазорная лазерная сварка проволочным заполнителем алюминиевого сплава 5083 толщиной 20 мм, и результаты показывают, что оптимальные параметры процесса сварки являются наилучшими.

Можно получить сварное соединение с меньшим количеством пор и без дефектов, таких как несплавление.

Примеры применения, а также рекомендации по оборудованию и параметрам процесса.

1. Примеры применения

Улучшение формовки сварных швов

Требования: сварка нержавеющей стали толщиной 1 мм и 3 мм, сварочный шов должен быть без пористости, а формовка — качественной.

Оборудование: RFL-C4000 (диаметр сердцевины волокна 200 мм)μм), устройство подачи проволоки, сварочная головка.

Таблица 5. Рекомендации по форме и размеру канавки.

Результаты: Форма изделия получилась качественной, а сварной шов не имел пористости, как показано на рисунке 5.

Рисунок 5. Морфология формирования сварного шва и поперечного сечения.

Узкий зазор, лазерная проволочная сварка с многопроходным заполнением

Требования: сварка листа морской стали Q345 толщиной 18 мм, требующая меньшего количества сварных отверстий, без несварки, прочность соединения на растяжение.

Прочность выше, чем у основного материала, а качество сварки лучше.

Оборудование: RFL-C6000 (диаметр сердцевины волокна 400 мм)μм), устройство подачи проволоки, сварочная головка.

Параметры процесса: сварочный проход должен быть скошен, размер скоса показан на рисунке 6, а другие параметры процесса сварки приведены в таблице 2.

Рисунок 6. Размер канавки.

Результаты: Форма изделия была хорошей, не было несплавления, а сварной шов практически не имел пористости, как показано на рисунке 7, и было проведено испытание на растяжение.

Доказано, что сварной шов разрушается в основном материале, что указывает на то, что прочность соединения на растяжение выше, чем у основного материала.

Рис. 7. Металлографическая схема поперечного сечения сварного шва.

2. Рекомендации по параметрам оборудования и процесса.

Улучшение качества и формовки сварных швов.

При стыковой лазерной сварке проволокой распространенных материалов для улучшения качества сварного шва обычно рекомендуется использовать лазер и диаметр сердечника волокна.

Сварочную головку следует настроить таким образом, чтобы диаметр фокусирующего пятна составлял от 0,4 до 0,6 мм, а сварочную проволоку следует выбрать соответствующего класса.

Другие параметры сварки приведены в таблицах 2 и 3.

Узкий зазор, лазерная проволочная сварка с многопроходным заполнением

Для многопроходной лазерной сварки пластин средней толщины с узким зазором обычно рекомендуется диаметр фокусирующего пятна 0,6–1,0 мм.

Кроме того, сварочную проволоку следует выбирать соответствующего класса, а размер соединительной канавки должен быть разумным, не слишком большим.

В противном случае легко может возникнуть несварка внутри шва, а рекомендуемый размер канавки в целом указан в таблице 5; количество валиков следует определять исходя из максимальных размеров соединения.

При определении большой толщины рекомендуется использовать максимальную сварочную мощность оборудования для первого нижнего шва, после каждой глубины сварки.

Как правило, 3–5 мм; что касается параметров процесса сварки, используемых для каждого шва, необходимо учитывать требуемую глубину сварки и время выполнения.

Определяется ширина переднего сварочного шва. При большей ширине сварочного шва величину расфокусировки следует умеренно увеличить, чтобы предотвратить непровар боковой стенки.