Управление процессом лазерной сварки

Научная библиотека Комментарии к записи Управление процессом лазерной сварки отключены

Саубанов, Звездин, Хисамутдинов, Портнов // «Социально-экономические и технические системы: исследование, проектирование, оптимизация», №2(85), 2020 год

В статье представлены результаты исследований по лазерной сварке конструкций. Система технического зрения необходима для прецизионного наведения фокуса излучения на стык свариваемых элементов, и она рассматривается как составная часть системы автоматизированного управления процессом, обеспечивающей управление перемещением лазерного луча по стыку свариваемых элементов и регулировку мощности излучения, в зависимости от температуры стыка. Технологический процесс сварки проводится в защитной атмосфере инертных газов.

Грубое наведение луча осуществляется робототехническим комплексом до момента попадания точки «начало сварки» в поле зрения системы технического зрения, которая встроена в технологическую головку. Прецизионное позиционирование фокуса луча на шве обеспечивается перемещением фокусирующей линзы на определенный угол пьезоприводом. Приведены результаты металлографических исследований сварного шва стали 12Х2Н4А. На современных машиностроительных предприятиях в условиях новых экономических требований успешно развиваются технологии, связанные с использованием роботизированных лазерных технологических комплексов (РЛТК).

Вывод на рынок новых изделий на российских машиностроительных предприятиях требует разработки лазерных прецизионных технологий. Это лазерная сварка (ЛС) и резка (ЛР), в частности конструкций из сталей, которые широко используются многими российскими и зарубежными компаниями в автомобилестроении [1,2]. Лазерная сварка может выполняться в автоматическом режиме, это снижает влияние человеческого фактора, что оказывает существенное влияние на качество выпускаемой продукции. Комбинированная электродуговая и ЛС с присадочной проволокой может быть использована для сварки сталей для компонентов трансмиссии.

Присадочный материал изменяет состав сварного шва, предотвращая образование твердой и хрупкой фаз, и улучшает свойства шва без удаления слоя цементации [3]. Гибридная лазерная сварка с предварительным подогревом заготовок больших толщин и подачей присадочной проволоки в электромагнитном поле индуктора ускоряет процесс перемешивания расплавленного металла. Это способствует равномерному распределению легирующих химических элементов, входящих в состав присадочной проволоки, на всю глубину металла сварного шва, что обеспечивает высокие механические и эксплуатационные свойства сварного шва [4].

Экономически целесообразно для машиностроительных предприятий проводить ЛС без дополнительных источников энергии и механической обработки стыковых поверхностей после лазерной резки (ЛР) [5]. Однако для данного способа сварки присущи недостатки, характерные для технологий лазерной сварки в целом, это чувствительность к зазорам и необходимость прецизионного позиционирования фокуса лазерного луча относительно стыка. Для обеспечения требуемой точности позиционирования стандартных технологических головок относительно стыка при лазерной сварке используются системы наведения на базе датчиков различного типа (тактильные, триангуляционные, индуктивные, ёмкостные и др. [4—7]).

При лазерной сварке прямолинейных или несложных криволинейных стыков эти системы доказали свою надежность. Однако они практически не применимы при лазерной сварке сложных контуров, содержащих большое количество малых свариваемых контуров или длинномерных изделий. Основными регулируемыми параметрами РЛТК, влияющими на показатели качества ЛС, являются подводимая электрическая мощность, положение фокуса лазерного излучения и скорость перемещения ЛИ относительно стыка свариваемых деталей.

Известно, что объем зоны термического влияния (ЗТВ), зависит от теплофизических свойств металла, энергетических характеристик ЛИ, а также плотности мощности энергетического потока ЛИ и времени ее воздействия. Необходимо рассматривать РЛТК как совокупность взаимодействующих между собой звеньев сложной системы, участвующих в формировании качества сварного шва. К показателям качества ТП ЛС относятся микротвердость, глубина шва, отсутствие непроплавов, пор, раковин и т. д. зоны воздействия ЛИ на металл.

Взаимосвязь между параметрами ЛТК и показателями качества сварки показана на рисунке 1. Общим для всех способов термообработки является нагрев металла до температуры плавления с последующим охлаждением. Качество сварки обеспечивается заданными значениями и стабильностью скорости нагрева, температурой зоны термического влияния, временем выдержки при температуре плавления, необходимой для завершения фазовых преобразований микроструктуры сварного шва и скоростью охлаждения.

Анализ взаимосвязи параметров РЛТК, характеристик ТП сварки различных металлов выявил, что наибольшее влияние на них оказывает температура. Отсюда следует, что главным критерием оценки качества параметров ТП сварки выступает температура зоны взаимодействия ЛИ с металлом. Оптимальным путем построения САУ, приводящим к стабилизации показателей качества ТП, является стабилизация заданного значения температуры в зоне взаимодействия ЛИ с металлом и прецизионное позиционирование фокуса ЛИ на стыке.

Позиционирование фокуса ЛИ на точку начала сварки осуществляется приводом РЛТК по X, Υ, Z. Прецизионное позиционирование фокуса ЛИ на точку начала сварки и во время сварки осуществляется пьезоприводом поворота фокусирующей линзы. Автоматизированная система управления (АСУ) производит регулирование мощности излучения ЛИ в зависимости от толщины детали, ширины стыка и изменения напряжения питающей сети.

Полное содержание статьи: https://elibrary.ru/item.asp?id=43864480

Рекомендуем для Вас


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

Back to Top