[go: up one dir, main page]

RU1758964C - Laser welding method - Google Patents

Laser welding method Download PDF

Info

Publication number
RU1758964C
RU1758964C SU4906657A RU1758964C RU 1758964 C RU1758964 C RU 1758964C SU 4906657 A SU4906657 A SU 4906657A RU 1758964 C RU1758964 C RU 1758964C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
welding
laser
speed
welded
decrease
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.П. Мохна
А.А. Митрофанов
В.П. Тулупов
Original Assignee
Научно-исследовательский институт технологии и организации производства двигателей
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-исследовательский институт технологии и организации производства двигателей filed Critical Научно-исследовательский институт технологии и организации производства двигателей
Priority to SU4906657 priority Critical patent/RU1758964C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1758964C publication Critical patent/RU1758964C/en

Links

Images

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Abstract

FIELD: welding. SUBSTANCE: laser welding is conducted at speed v, chosen from the relation

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при импульсно-периодическом лазерном излучении. The invention relates to mechanical engineering and can be used with pulsed-periodic laser radiation.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, при котором для сварки толстостенных деталей применяется совмещение лазерного луча с дуговым разрядом, ток которого промодулирован синхронно автоколебаниям поглощения лазерного излучения обрабатываемым материалом. Closest to the proposed one is a method in which a combination of a laser beam with an arc discharge is used for welding thick-walled parts, the current of which is modulated synchronously with self-oscillations of the absorption of laser radiation by the processed material.

Однако с помощью этого способа нельзя получить узкий и глубокий проплав, а следовательно, невозможно добиться прецизионной сварки деталей. However, using this method, it is impossible to obtain a narrow and deep melt, and therefore, it is impossible to achieve precision welding of parts.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей. The aim of the invention is the expansion of technological capabilities.

Цель достигается тем, что при способе лазерной сварки, заключающемся в том, что в стык свариваемых деталей подают импульсно-периодический сфокусированный поток лазерного излучения и поток газа и перемещают потоки вдоль стыка, скорость сварки V выбирают по соотношению
0,7nf

Figure 00000003
Figure 00000004
·
Figure 00000005
≅ v ≅ n·f·τ
Figure 00000006
,, где а - температуропроводность свариваемого материала;
δ - толщина свариваемого материала;
τ - длительность лазерного импульса;
f - частота следования лазерных импульсов;
n = 3-5 - коэффициент, зависящий от плотности мощности лазерного излучения в фокальном пятне.The goal is achieved by the fact that with the method of laser welding, which consists in the fact that a pulse-periodic focused laser beam and a gas stream are fed to the joint of the parts to be welded and the flows are moved along the joint, the welding speed V is selected by the ratio
0.7nf
Figure 00000003
Figure 00000004
·
Figure 00000005
≅ v ≅ n
Figure 00000006
,, where a is the thermal diffusivity of the material being welded;
δ is the thickness of the welded material;
τ is the laser pulse duration;
f is the laser pulse repetition rate;
n = 3-5 is a coefficient depending on the power density of the laser radiation in the focal spot.

Сущность изобретения заключается в согласовании двух взаимно перпендикулярных перемещений сквозного проплавления металла в направлении сфокусированного потока лазерного излучения и в направлении перемещения вдоль свариваемого стыка. The essence of the invention is to coordinate two mutually perpendicular movements through penetration of the metal in the direction of the focused laser radiation flux and in the direction of movement along the welded joint.

Если предположить, что движение фронта плавления в глубь материала в направлении лазерного излучения происходит со скоростью движения тепловой волны, то полуэмпирическое соотношение для скорости v сварки имеет следующий вид:
v ≅ f·τ

Figure 00000007
.. (1)
Это соотношение получено из полуэмпирического соотношения для скорости сварки
V ≅
Figure 00000008
,, (2) где ta - время, в течение которого происходит сквозное проплавление свариваемого материала со скоростью движения тепловой волны;
ta = δ2 2/a , (3)
Подставляя (3) в (2), получим новое полуэмпирическое соотношение для скорости сварки v ≅
Figure 00000009
и с учетом импульсно-пе- риодического воздействия сфокусированного потока лазерного излучения получаем исходное соотношение для скорости сварки (1).If we assume that the movement of the melting front deep into the material in the direction of laser radiation occurs with the speed of the heat wave, then the semi-empirical relation for the welding speed v has the following form:
v ≅ f
Figure 00000007
.. (1)
This ratio is derived from the semi-empirical ratio for welding speed.
V ≅
Figure 00000008
,, (2) where t a is the time during which through-penetration of the material being welded occurs with the speed of the heat wave;
t a = δ 2 2 / a, (3)
Substituting (3) into (2), we obtain a new semi-empirical relation for the welding speed v ≅
Figure 00000009
and taking into account the pulse-periodic effect of the focused laser radiation flux, we obtain the initial relation for the welding speed (1).

Однако проплавление при лазерной сварке материалов, толщина которых много больше диаметра фокального пятна, не диффузное, а кинжальное, следовательно, скорость движения фронта плавления отличается от скорости движения фронта плавления при диффузном распространении тепла. However, the melting during laser welding of materials whose thickness is much larger than the diameter of the focal spot is not diffuse but dagger, therefore, the speed of movement of the melting front differs from the speed of movement of the melting front during diffuse heat propagation.

Этим отличием и объясняется наличие коэффициента n. Этот коэффициент подтверждает, что скорость распространения кинжального проплавления в n2 раз выше, чем теплодиффузного.This difference explains the presence of the coefficient n. This coefficient confirms that the speed of propagation of dagger penetration is n 2 times higher than that of heat diffusion.

На чертеже приведена схема осуществления способа. The drawing shows a diagram of the implementation of the method.

Поток лазерного излучения от лазера 1, отразившись от зеркала 2 и проходя через резак 3, фокусируется на поверхность свариваемого материала 4, перемещаемого механизмом 5 относительно сфокусированного потока лазерного излучения вдоль свариваемого стыка со скоростью
v ≅ n·f·τ

Figure 00000010
, согласованной с подачей импульсно-периодического потока лазерного излучения в зону сварки.The laser radiation flux from the laser 1, reflected from the mirror 2 and passing through the cutter 3, focuses on the surface of the material being welded 4, which is moved by the mechanism 5 relative to the focused laser radiation flux along the welded joint at a speed
v ≅ n
Figure 00000010
, consistent with the supply of a pulsed-periodic flow of laser radiation into the welding zone.

П р и м е р. Способ реализовали с использованием лазерной установки типа "Квант-15", излучающей импульсно-периодический поток лазерного излучения с частотой следования лазерных импульсов до 20 Гц. PRI me R. The method was implemented using a quantum-15 laser system emitting a periodic pulsed laser beam with a laser pulse repetition rate of up to 20 Hz.

Производили сварку деталей из жаропрочной нержавеющей стали толщиной 0,5 м со скоростью
v ≅ 3·f·τ

Figure 00000011
= 3
Figure 00000012
20 · 10-3
Figure 00000013
= 168 мм/мин.. Незначительное снижение скорости сварки относительно заявленного соотношения повышает надежность сварки. Однако снижение более чем на 30% приводит к снижению качества и надежности сварки опережающими темпами.Welded parts made of heat-resistant stainless steel with a thickness of 0.5 m at a speed
v ≅ 3f
Figure 00000011
= 3
Figure 00000012
20 · 10 -3
Figure 00000013
= 168 mm / min. A slight decrease in the welding speed relative to the stated ratio increases the reliability of welding. However, a decrease of more than 30% leads to a decrease in the quality and reliability of welding at a faster pace.

Снижение скорости сварки сначала улучшает качество сварки, а затем после 30% -ного снижения скорости качество сварки падает при дальнейшем снижении скорости сварки.Однако снижение более чем на 30% приводит к снижению качества и надежности сварки опережающими темпами. A decrease in welding speed first improves the quality of welding, and then after a 30% decrease in speed, the quality of welding decreases with a further decrease in welding speed. However, a decrease of more than 30% leads to a decrease in the quality and reliability of welding at a faster pace.

Производилась сварка упомянутых материалов на СО2-лазерной установке RS-1500,работавшей в режиме суперпульсаций с частотой 200 Гц при длительности импульса 100 мкс со скоростью
v ≅ 5f·τ

Figure 00000014
Figure 00000015
= 5 · 1,56 · 0,06 = 280 mm/мин.The mentioned materials were welded on a RS-1500 CO 2 laser unit operating in the superpulsation mode with a frequency of 200 Hz at a pulse duration of 100 μs at a speed
v ≅ 5f
Figure 00000014
Figure 00000015
= 5 · 1.56 · 0.06 = 280 mm / min.

Cнижение скорости сварки сначала улучшает качество сварки, а затем после 30% -ного снижения скорости качество сварки падает при дальнейшем снижении скорости сварки. A decrease in welding speed first improves the quality of welding, and then after a 30% decrease in speed, the quality of welding decreases with a further decrease in welding speed.

Claims (1)

СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ, при котором в стык свариваемых деталей подают импульсно-периодический сфокусированный поток лазерного излучения и поток газа, которые перемещают вдоль стыка, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, процесс ведут при скорости V, определяемой из соотношения
0,7nf
Figure 00000016
Figure 00000017
·
Figure 00000018
≅ v ≅ n·f·τ
Figure 00000019
,,
где a и δ - соответственно температуропроводность и толщина свариваемого материала;
F - частота следования лазерных импульсов;
τ - длительность лазерного импульса;
n = 3 - 5 - эмпирический коэффициент, величина которого зависит от плотности мощности в фокальном пятне.METHOD OF LASER WELDING, in which a pulse-periodic focused laser beam and a gas stream are fed into the joint of the parts to be welded, which are moved along the joint, characterized in that, in order to expand technological capabilities, the process is carried out at a speed V determined from the relation
0.7nf
Figure 00000016
Figure 00000017
·
Figure 00000018
≅ v ≅ n
Figure 00000019
,,
where a and δ are the thermal diffusivity and thickness of the material being welded, respectively;
F is the laser pulse repetition rate;
τ is the laser pulse duration;
n = 3 - 5 is an empirical coefficient, the value of which depends on the power density in the focal spot.
SU4906657 1991-01-31 1991-01-31 Laser welding method RU1758964C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4906657 RU1758964C (en) 1991-01-31 1991-01-31 Laser welding method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4906657 RU1758964C (en) 1991-01-31 1991-01-31 Laser welding method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1758964C true RU1758964C (en) 1994-08-30

Family

ID=30442050

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4906657 RU1758964C (en) 1991-01-31 1991-01-31 Laser welding method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1758964C (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2309033C2 (en) * 2005-09-28 2007-10-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Научно-исследовательский институт атомных реакторов" Fusion welding method
CN115803852A (en) * 2020-06-18 2023-03-14 住友重机械工业株式会社 Control device for laser annealing device and laser annealing method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1085135, кл. B 23K 26/14, 1982. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2309033C2 (en) * 2005-09-28 2007-10-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Научно-исследовательский институт атомных реакторов" Fusion welding method
CN115803852A (en) * 2020-06-18 2023-03-14 住友重机械工业株式会社 Control device for laser annealing device and laser annealing method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3597578A (en) Thermal cutting apparatus and method
US3824368A (en) Laser welding
CN209754269U (en) Articles including metal parts
US3860784A (en) Deep penetration welding using lasers
EP2263823A1 (en) Composite welding method and composite welding apparatus
RU2572671C1 (en) Method of aluminium alloy butt weld laser-arc welding by consumable electrode
Kovacs Laser welding process specification base on welding theories
US4152575A (en) Method of material processing utilizing an interrupted beam of continuous wave laser radiation
RU1758964C (en) Laser welding method
JP2001219285A (en) Laser cutting method for steel materials
JP3631936B2 (en) Welding method and welding apparatus
RU2705827C1 (en) Method of nonconsumable electrode welding in atmosphere of protective gases
Esposito et al. On cutting and penetration welding processes with high power lasers
Karagiannis et al. Nd: YAG laser welding: an overview
SU1579682A1 (en) Method of welding by means of concentrated source of heating
RU1758963C (en) Laser welding
IL40703A (en) Method and apparatus for welding with a high power laser beam
RU2104137C1 (en) Method for laser welding of butt joints
JPS5865592A (en) Laser welding method
Kim Prediction of the penetration depth in laser beam welding
Fabbro et al. Dynamical interpretation of deep penetration of CW laser welding
Kawahito et al. In-process monitoring and adaptive control for laser spot and seam welding of pure titanium
JP4032815B2 (en) Laser induction arc welding method
Matsunawa Science of laser welding-Mechanisms of keyhole and pool dynamics
JPH09122958A (en) Pulsed laser welding method for aluminum alloy