Лазерный мир

Ремчуков Святослав Сергеевич, аспирант Ярославцев Николай Львович, к.т.н., доцент, профессор Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет) // В сборнике: Прогрессивные технологии и процессы Сборник научных статей 5-й Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. Ответственный редактор А.А. Горохов. 2018. С. 212-214.

В инженерной практике часто встречаются задачи соединения деталей малой толщины (< 1 мм). Особым случаем является соединение двух раз- нотолщинных изделий, одно из которых – тонкостенный элемент. В дан- ном вопросе нет общего решения, поэтому подход к решению таких слож- ных задач должен быть уникальным для каждого случая.

Весь спектр работ по соединению деталей малой толщины необходим при создании пластинчатого теплообменника. Здесь присутствует соеди- нение как тонкостенных (сварка двух конвертов, толщина листа менее 0,2 мм), так и разнотолщинных (сварка конверта с гребенками для соединения в пакет) деталей.

К соединениям пластинчатого теплообменника предъявляются высокие требования. Здесь, помимо обеспечения прочности и долговечности свар- ного шва при условии цикличности нагружения по давлению и температу- ре, необходимо обеспечить герметичность соединения. Поэтому, важной задачей является выбор подходящего метода сварки, и, далее, подбор наи- более подходящего режима.

Из всех существующих и доступных способов сварки элементов тепло- обменника особого внимания заслуживает лазерная сварка. Отсутствие механического воздействия делает метод особенно привлекательным для сварки тонких изделий.

В работе решалась задача соединения в конверт теплообменника двух пластин толщиной по 0,2 мм, изготовленных из жаропрочного сплава ХН45Ю.

Сварка осуществлялась на лазерном станке с ЧПУ мощностью Р до 300 Вт, характеристики которого вполне подходят для выполнения задачи.

Изначально проводилась сварка двух пластин в конверт по специально предусмотренным сварочным полкам.

Для осуществления плотного прилегания кромок использовалась специ- альная оснастка. Зажимы обеспечивают фиксацию положения пластин при помощи фиксирующих винтов. Зажимы изготовлены из меди, что обеспе- чивает повышение интенсивности теплоотвода от места сварки. Возможно дополнительное охлаждение зажимов водой через специальные подводы.

Для получения качественного сварного шва, который обеспечил бы прочность и герметичность конверта, необходим подбор индивидуального режима сварки для конкретной задачи. Важными параметрами, влияющи- ми на качество шва при лазерной сварке, являются напряжение U, частота ν и длительность импульсов τ, диаметр пятна D, шаг импульсов t. Для по- лучения достаточно глубокого проплавления, как правило, необходимо увеличивать длительность импульсов при сохранении невысоких значений напряжения. Осуществлялась сварка вставок толщиной 1 мм, повторяющих профиль входа в конверт. Для сварки разнотолщинных материалов подобран свой режим, позволяющий получить приемлемое качество сварного шва (таб- лица 2). Сварка разнотолщинных пластины и вставки осуществлялась с большей, по сравнению со сваркой пластин, мощностью излучения. Кроме того, луч необходимо сместить в сторону детали большей толщины, в свя- зи с чем имеет смысл увеличить диаметр пятна. Подтверждение герметичности и прочности сварного соединения прове- дено экспериментальным способом. Сжатый воздух компрессором пода- вался через трубку в конверт, стягиваемый по среднему сечению специ- альной оснасткой. Конверт располагался в емкости с водой для возможно- сти оперативной фиксации протечки и установления ее местоположения. Компрессор обеспечивает давления до 8 атм. Эксперимент проходил с постепенным увеличением давления с нулевого уровня. Подача начальных малых давлений подтвердила герметичность конст- рукции при отсутствии высоких нагрузок. Далее осуществлялось посте- пенное увеличение давление в конверте. Конверт сохранил герметичность до давления 4 атм. Образец после проведения испытаний представлен на рисунке 8. Дальнейшее увеличение давления не является необходимым, ввиду работы ТО при давлениях ≈ 2 атм. В работе осуществлен подбор режимов лазерной сварки тонкостенных и разнотолщинных элементов пластинчатого теплообменника. Проведенные испытания показали герметичность сварного шва при давлениях до 4 атм.

Список литературы

• Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазер- ной обработки. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. – 663.
• Малащенко А. А., Мезенов А. В. Лазерная сварка металлов. М.: Машиностроение, 1984.