Лазерный мир

Изобретение относится к машиностроению, а именно к технологии сварочного производства, и может быть использовано в процессе производства сварных конструкций при большой толщине свариваемых кромок.

Известна лазерная сварка, которая обеспечивает высокопроизводительный процесс соединения различных металлов толщиной от десятых долей миллиметра до десятков миллиметров в широком диапозоне режимов (Сварка. Резка. Контроль: Справочник. В 2-х томах / Под общ. ред. Н.П.Алешина, Г.Г.Чернышева. — М.: Машиностроение, 2004. Т.1, стр.420). Лазерная сварка применяется там, где необходимо обеспечить высокий уровень физико-механических свойств и точности исполнения сварного шва.

Однако этот способ не может применяться для сварки изделий, имеющих толщину 20 мм и более. Кроме того, современные способы лазерной сварки предусматривают ввод энергии лазерного луча через боковую поверхность свариваемых листов в зону стыкуемых (свариваемых) кромок, поэтому при сварке больших толщин необходимо вводить большую мощность лазерного луча с поверхности детали при большой концентрации энергии, что ведет к значительному перегреву металла и его испарению с образованием плазменного облака и глубокой газовой полости, что затрудняет формирование сплошного металла шва по всей толщине свариваемых деталей.

Для повышения эффективности лазерной сварки используется двухлучевая лазерная сварка, что позволяет доставить большую мощность на поверхность свариваемой пластины на два отдельных световых пятна. Указанная схема сварки при общей мощности 8 кВт позволяет сваривать толщины до 12 мм [Эффективность процесса двухлучевой лазерной сварки с глубоким проплавлением/ Григорьянц А.Г., Грезев А.Н., Родионов Н.Б., Родионова В.П., Грезев Н.В. (107076, г. Москва, Стромынский пер., 4) // Свароч. пр-во. — 2009. — № 8. — С.20-27].

Известны гибридные способы сварки, где лазерное излучение и электрическая дуга действуют совместно на одну точку и физическая сущность такого действия отличается от действия каждого из составляющих процесса. Например, известна гибридная лазерно-дуговая сварка под флюсом. При этом способе присадочный металл в виде подаваемой проволоки расплавляется за счет относительно недорогой энергии сварочной дуги, в то время как применением дорогой высококачественной энергии лазерного луча достигается лишь увеличение глубины проплавления. Недостатком гибридной лазерно-дуговой сварки под флюсом является то, что флюс проваливается в образующийся парогазовый канал лазерного луча, при этом лазерное излучение поглощается флюсом, а не свариваемым материалом. Сварку стальных листов толщиной 38 мм проводят двухсторонней многопроходной гибридной лазерно-дуговой сваркой под флюсом с разделкой кромок [Гибридная лазерно-дуговая сварка под флюсом / Райзген У., Ольшок С. // Автомат. Сварка: Международный журнал. — 2009. — № 4. — С.46-51].

Из анализа видно, что и гибридная лазерно-дуговая сварка под флюсом не позволяет выполнить сварное соединение при толщине 40 мм и более.

Для сварки металлических изделий большой толщины разработаны способы электрошлаковой сварки (ЭШС), которая выполняется в настоящее время по стандартизованным технологиям (ГОСТ 15164-78 Электрошлаковая сварка. Соединения сварные. Таблица 1). Стандарт предусматривает выполнение сварных соединений из сталей толщиной от 30 до 800 мм за один проход. ЭШС при этом требует создания зазора между свариваемыми кромками 25 мм и более, что ведет к необходимости расплавления большого количества присадочного металла в виде сварочной проволоки или плавящегося мундштука или пластины. Большая площадь поперечного сечения наплавляемого металла в связи с большим зазором в стыке ведет к малой скорости сварки. Общемашиностроительные нормативы времени на ЭШС предусматривают ведение сварочного процесса изделий толщиной, например, 70 мм со скоростью 1 м/час. Источником нагрева при ЭШС служит тепло, выделяющееся в ванне расплавленного шлака при прохождении через него электрического тока от плавящегося электрода к изделию. В результате расплавления сварочного флюса образуется шлаковая ванна, глубина которой, как правило, сохраняется постоянной.

Полное содержание статьи: http://www.freepatent.ru/patents/2447980