Исследование эффективности проплавления серебра при импульсной лазерной сварке с различными способами ввода присадочного материала.

Научная библиотека Комментарии к записи Исследование эффективности проплавления серебра при импульсной лазерной сварке с различными способами ввода присадочного материала. отключены

Белоусов И. В., Пестерев В. Е., Шлыкова А. А., Тулупов А. А., Бадуркин И. А. // Оригинальные исследования (ОРИС) Выпуск Том 10, Выпуск 6

Аннотация:

Для сокращения времени нагрева поверхности свариваемого материала и снижения его отражающей способности в условиях импульсной лазерной сварки серебра – металла с высоким коэффициентом отражения и теплопроводности, предпочтительно использование присадочного материала с низкой отражающей способностью и высокой теплоемкостью, способного вызвать бурную экзотермическую реакцию. Исходя из физико–химических особенностей серебра для нашего исследования был выбран следующий присадочный материал: Al+CuO.

Целесообразность использования импульсных лазеров основана на таких существенных достоинствах, как широкие возможности регулирования плотности мощности в пятне нагрева; ограниченное тепловое воздействие на изделие; отсутствие электромагнитных полей, вызванных протеканием тока и др. [1].

Управление формированием сварного шва, т.е. получение заданной глубины проплавления и ширины шва в условиях импульсной лазерной сварки является важной технологической задачей, для решения которой необходимо исследование особенностей поглощения излучения свариваемым материалом. Принято различать условия формирования, при которыхудельная мощность источника нагрева превышает критическое значение, необходимое для начала плавления, и приближается к величине, обеспечивающей развитие кипения и формирование с докритическими плотностями мощности излучения [2].

Несмотря на ряд преимуществ у процесса лазерной сварки есть также и существенный недостаток – это сварка металлов с высокой отражающей способностью, при которой основная часть энергии в процессе облучения попросту теряется, что в конечном итоге приводит к необходимости увеличения энергии лазерной установки и поискам альтернативных решений данной проблемы, путем добавления присадочных материалов [3].

При исследовании эффективности использования присадочных материалов были выбраны следующие параметры для сварки двух серебряных пластин размером 25х9х0,8мм каждая:

  • сварка образцов совершается вдоль стыка;
  • напряжение накачки 400 В;
  • длительность импульса – 4 мс и 10 мс; две формы проплавления: куполообразная и квадратная.

Сборка двух серебряных пластин размером 25х9х0,8мм в качестве образцов для сварки произведена под микроскопом, встык, с минимальным зазором, с последующим добавлением Al+CuO в качестве присадочного материала.

После процесса сварки, образцы изучены под микроскопом, благодаря чему были произведены замеры диаметров полученных сварных точек и глубины проплавления (рис. 1, 2). Результаты проведенного исследования эффективности проплавления с добавлением в зону шва Al+CuO представлены в таблице 1.

При дефокусировке 1,5 мм эффективность проплавления на 10 мс незначительно больше, чем на 4 мс. Глубина проплавления в обоих случаях недостаточная для образования качественного сварного соединения.

При дефокусировке 1 мм эффективность проплавления на 10 мс всё ещё несколько больше, чем на 4 мс, но при этом диаметр сварных точек уменьшается, а глубина меняется незначительно в сравнении пс результатами, полученными при дефокусировке 1,5 мм. При этом глубины проплавления всё ещё недостаточно для образования качественного соединения.

При дефокусировке 0,5 мм мы получаем полное проплавление, что в несколько раз выше, чем при дефокусировке 1 мм. На параметре 10 мс металл вылетает из зоны сварной точки и получается прожог. При параметре 4 мс металл сохраняется в зоне сварной точки, в результате чего образуется сварное соединение.

После сравнения результатов можно сделать вывод, что в нашем исследовании использование длины импульса 4 мс оказывается эффективнее, а ввод Al+CuO в качестве присадочного материала, многократно увеличивает эффективность проплавления.

Выбрав оптимальным параметром длительности импульса 4 мс, следующим этапом, мы подберём оптимальный способ ввода присадочного материала и наиболее энергоэффективные параметры на выбранной длительности. Присадочный материал добавлялся в зону сварного соединения двумя способами:

1) При помощи тонкого слоя канцелярского клея оксид меди наносился между двух листов алюминиевой фольги, после чего полученный материал прокатывался на вальцах для достижения минимально возможной толщины для ввода в стык ради достижения минимального зазора (рис. 3а)

2) При помощи тонкого слоя канцелярского клея оксид меди наносился на лист алюминиевой фольги. Полученный материал укладывался поверх стыковой области (рис. 3 б).

Исходя из результатов, представленных на рисунках 4, 5,6 можно сделать вывод: добавление присадочного материала Al+CuOзначительно увеличивает габариты сварной точки, но метод с введением присадочного материала в зону стыка оказывается не столь результативным ввидуналичия большого минимального зазора, который технически проблематично сделать меньше без разработки дополнительной оснастки, вследствие чего активация реакции взаимодействия присадочного и основного материала оказывается затруднительна, аэнергия, направленная в сварную точку распределяется только по поверхности свариваемых образцов. Диаметр сварной точки увеличивается, но при этом происходит меньшая глубина проплавления. В исследовании с добавлением экзотермической смеси на поверхностьстыка распределение энергии происходит наиболее эффективно, потому как благодаря такому способу ввода присадки удаётся получить минимальный зазор, в следствии чего удаётся достичь полного провара образца с соответствующим диаметром проплавления. Подводя итоги исследования, важно отметить, что выбор длительности импульса 4 мс оказывается наиболее эффективным, а ввод Al+CuO в качестве присадочного материала, многократно увеличивает эффективность проплавления.

Список литературы

1. Привезенцев В.И., Минаева Н.И. Особенности формирования сварных соединений при импульсной лазерной сварке узлов приборов из разнородных металлов. Сборник научных трудов МНТК, МТУ, Москва. – 2016.

2. Лазеры: применения и приложения: учебное пособие / А. С. Борейшо, В. А. Борейшо, И. М. Евдокимов, С. В. Ивакин; под редакцией А. С. Борейшо. — Санкт- Петербург: Лань, 2016. — 520 с.

3. Зорин, Н. Е. Материаловедение сварки. Сварка плавлением: учебное пособие / Н. Е. Зорин, Е. Е. Зорин. — 3-е изд., стер. — Санкт-Петербург: Лань, 2018. — 164 с.

References

1. Privezentsev V.I., Minaev N.I. Features of the formation of welded joints during pulsed laser welding of nodes of devices made of dissimilar metals. Collection of scientific works of MNTK, MTU, Moscow. – 2016 [in Russian].

2. Lasers: applications and applications: textbook / A. S. Boreysho, V. A. Boreysho, I. M. Evdokimov, S. V. Ivakin; edited by A. S. Boreysho. — Saint Petersburg: LAN, 2016. — 520 p. [in Russian].

3. Zorin, N. E. Material science of welding. Fusion welding: textbook / N. E.Zorin, E. E. Zorin — — 3rd ed. — Saint Petersburg: LAN, 2018. — 164 p. [in Russian].

Полное содержание статьи: https://ores.su/media/filer_public/e7/d2/e7d26c2d-e68f-4b7c-a6dd-1d889035aa1e/31.pdf

Рекомендуем для Вас


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top