Лазерный мир

Н. А. Смирнов, А. А. Минин, А. Н. Яковлев, А. Л. Флаксман // Сборник статей XX Всероссийской научно-практической конференции, В 2 т.. Киров, 2020. С. 340-344.

Аннотация.

В статье раскрыто влияние режимов сварки на прочность сварного шва и выбран наилучший режим методом полного факторного эксперимента.

Рассмотрены: сущность и виды лазерной сварки, их особенности и практическая применимость.

В ходе эксперимента были проведены: расчет режимов сварки для деталей толщиной 0,5 мм из углеродистой стали; составлена матрица планирования эксперимента с помощью таблицы случайных чисел для обеспечения достоверности эксперимента и минимизации влияния случайных факторов на механические свойства сварного шва при данном режиме; получена математическая модель влияния различных факторов на прочность стыкового со- единения; сваренные образцы подверглись испытанию на разрыв; собранные результаты испытания обработаны, и сделаны выводы о влиянии режимов сварки на прочность сварного шва, а также был определен наилучший режим.

Введение.

Возможность высокой концентрации энергии в локальном объеме пространства, высокоскоростного управления изменением энергии во времени и ее перемещения в пространстве открыли принципиально новые перспективы в сфере обработки материалов [1, с. 37]. Суть лазерной сварки состоит в получении неразъемного соединения с помощью расплавления материала потоком энергии с его последующим затвердеванием [2, с. 3]. Лазерная сварка характеризуется меньшей площадью термического воз- действия на деталь, что позволяет избежать образования широкой зоны материала с плохими механическими свойствами (остаточные напряжения и др.), сваривать тонкие листовые заготовки (толщиной до 50 мкм).

Также станки лазер- ной сварки обеспечивают высокую точность и позволяют управлять процессом в ручном режиме. В зависимости от задачи может использоваться непрерывный или импульсный лазерный луч. В данном исследовании используется импульсная лазерная сварка, что обусловлено обрабатываемыми деталями. Для обработки тонких материалов, например бритвенных лезвий, используются миллисекундные импульсы лазерного излучения, так как здесь мы можем регулировать количество теплоты, воспринимаемое материалом детали, в единицу времени, что позволяет получить сварной шов, сохраняя структурную целостность детали. Для получения более глубоких сварных швов, как следствие, на деталях большей толщины используются системы на основе лазеров непрерывного действия. Используемый лазерный луч обычно характеризуется плотностью потока энергии. Таким образом, концентрированное тепло лазерного луча воздействует на сравнительно небольшие участки поверхности. Например, ширина лазерного луча может варьировать от 0,2 мм до 13 мм. Глубина проникновения тепла, генерируемого лазерным лучом, пропорциональна количеству приносимой им энергии, а также зависит от положения точки фокусировки лазерного луча. Максимальная глубина проникновения достигается при оптимальном выборе положения точки фокусировки лазерного луча [3, с. 4]. Методы исследования. Предметом исследования стало влияние режимов импульсной лазерной сварки на прочность стыкового сварного шва, для образцов из углеродистой стали толщиной 0,5 мм произведен расчет значений режимов сварки. Для выбора оптимальных условий процесса сварки находятся: энергия импульса (1.1); период импульса (1.2); мощность импульса (1.3); мощность им- пульса средняя (1.4); площадь пятна (1.5); плотность мощности (1.6). Исходя из опыта и возможностей станка, подбирались значения некоторых величин, которые приведены в табл. 1.

Выводы.

В ходе данного опыта выявлено, что режим № 7 имеет наибольшее усилие разрыва, а режим № 2 – наименьшее усилие разрыва. Это связано с тем, что режим № 7 имеет самую высокую концентрацию энергии по площади сварного шва, а именно: малая скорость и высокие показатели часто- ты, энергии импульса и времени импульса, что характеризует плотность пятен лазерного луча. Режим № 2, наоборот, имеет самую низкую концентрацию энергии, следовательно, низкую плотность лазерного излучения.