Среди используемых способов сварки металлических частей и конструкций наиболее передовым способом, обеспечивающим качественный аккуратный шов, является лазерная сварка металлов.
Ее применяют, когда к точности получаемых форм предъявляются высокие требования. Достигается это за счет высокой точности сварного шва, который при лазерной сварке имеет небольшую ширину и достаточную глубину.
Тонкий шов получается при воздействии на металл мощного лазерного излучения в ограниченной области его воздействия, вызывающего нагрев в этой зоне до высоких температур за короткий период времени.
Рассмотрим природу теплового воздействия лазера на металл и последующего расплавления сварной зоны.
Поток лазерных лучей монохроматичен и характеризуется одинаковой длиной волны по сравнению со световым потоком, обладающим различными длинами волн. Поэтому он хорошо поддается фокусировке с помощью зеркал и оптических линз, позволяющих добиться резонанса (когерентности) лазерного луча, что приводит к увеличению мощности потока.
Принцип проведения сварки с помощью лазера основан на фокусировке лазерного луча, полученного с помощью квантового генератора. В основе его работы лежит излучение, которое является источником электромагнитных волн, индуцированных с помощью усилителя.
Направленный пучок лучей при проникновении внутрь металла воздействует на него на электронном уровне, отдавая свою энергию. Это происходит путем поглощения атомами металлов концентрированной лучистой энергии в виде фотонов.
В результате атомы переходят в возбужденное состояние и становятся способными сами излучать энергию в виде фотонов. При совпадении энергии фотонов падающей электромагнитной волны пучка с энергией фотонов возбужденных атомов металлов происходит индуцированное усиленное излучение.
В результате высвобождается тепловая энергия, за счет которой металл в этой области нагревается до температуры плавления. После кристаллизации расплавленных кромок металла образуется прочное межкристаллическое сцепление атомов и формируется качественный сварной шов.
Видео:
Для обеспечения эффективности энергии луча нужно его сфокусировать. Для этого используют отражающие и фокусирующие лазерный луч зеркала. Когерентные лучи имеют минимальный разброс и оказывают действие на точно определенные участки сварной области.
Такой вид сварки можно проводить:
При помощи такого метода можно соединять, как тонкостенные металлические листы, так и изделия, имеющие большие габаритные размеры.
Чем точнее сфокусирован лазерный луч, тем выше мощность его излучения.
Для выполнения сварки с помощью лазера применяется следующее оборудование:
Устройство лазера включает излучатель и источник электропитания. Излучение обеспечивает генератор, продуцирующий лучи в специальной среде.
В качестве такой среды применяется две разновидности лазеров: твердотельные и на основе газов.
Видео:
Все аппараты лазерной сварки металлов работают в импульсном или непрерывном режиме.
Аппараты с твердым активным элементом отличаются от устройств на основе активной среды из газов длиной излучающей волны. У них она короче и мощность излучения слабее газовых устройств.
Твердотельные аппараты функционируют в основном с помощью импульсного лазера, но иногда может использоваться непрерывный и импульсный рабочий режим. Их работа осуществляется таким образом:
Твердотельный элемент чаще изготавливают в виде стержня, изготовленного из так называемого «розового» рубина, представляющего собой окись алюминия (Al2O3) с примесью ионизированного хрома (Cr3+).
После воздействия лучей ионы Cr3+ переходят в активное состояние и начинают светиться. С торцов стержень покрыт веществом, отражающим свет, чаще серебром. Лучи хромовых возбужденных ионов, отражаясь от посеребренных зеркал, перемещаются вдоль оси, передавая возбуждение другим ионам. Процесс возбуждения ионов становиться массовым и сопровождается мощным выделением лучистой энергии. Они фокусируются с помощью линзы в сварной области.
Такие лазеры обычно являются источниками импульсов периодического действия с длиной волны 0,69 мкм и максимальной импульсной энергией от 10-2 до 10-3 Дж.
Средние значения мощности излучения элементов на основе твердотельных стержней может доходить до сотен ватт.
Аппараты, использующие для работы активную газовую среду, функционируют как в непрерывном, так и импульсном режиме. Это оборудование является более мощным, работающим при высоком напряжении.
В качестве активной среды может использоваться газ на основе смеси (СО2), (N2) и гелия (He). Он подается под давлением от 2,66 до 13,3 кПа. Возбуждение газовой смеси осуществляют с помощью электрического разряда. Гелий (Не) и азот (N2) осуществляют передачу полученной при возбуждении энергии молекуле СО2 и обеспечивают условия для создания разряда. Газоразрядные аппараты излучают длину волны до 10,6 мкм.Кпд работы аппарата может достигать от 5 до 15%.
Схема работы аппаратов на основе газовой среды показана на рисунке:
В отличие от толстостенных металлов, которым для успешного соединения требуется глубокое расплавление, для тонких металлов глубина проплавления существенный фактор. При лазерной сварке тонких металлов с ней нельзя переборщить.
Параметры, влияющие на эту величину, это:
В случае непрерывного процесса t — это длительность его проведения. Если работа осуществляется в импульсном режиме, то t – это продолжительность импульса. При высоких показателях мощностной плотности (Е) может наступить кипение металла в области воздействия луча, приводящее к сквозным дефектам.
Для тонких металлов особенно важна характеристика этого показателя. На него влияет кроме времени воздействия степень фокусировки луча. Для уменьшения плотности излучения для тонких металлов производят расфокусировку луча с помощью электронного управления настройкой работы аппарата.
Изменяя показатели (Е) и (t) можно обеспечить режим работы для разных металлических конструкций, имеющих минимальную толщину.
Технология проведения сварки с помощью лазера для различных сплавов металлов имеет свои особенности.
Например, перед проведением работ со стальными изделиями их нужно обязательно очистить: снять окалину, избавиться от коррозии.
Изделие должно быть сухим. Это поможет избежать образования пор, оксидной пленки и трещин в самом шве. Последнее особенно важно при сваривании труб из стальных сплавов. Зону сварки нужно обезжирить.
Предварительная обработка нужна и изделиям из алюминия, магния и цветных металлов.Если изготавливаются трубы из нержавейки, то их сваривают строго встык. Шов внахлест не допускается из-за возникающих напряжений в металле.
Быстрота проведения лазерной сварки исключает образования окисных соединений в зоне расплава, поэтому при ее проведении не требуется создания защитной среды или вакуума в отличие от других видов сварки.
Это свойство особенно важно при сварке титановых сплавов. Они используются в ответственных изделиях атомной и авиационной промышленности. Поэтому, чтобы избежать образования зерен в зоне нагрева этого металла до высоких температур, часто применяют лазерную сварку.
Соединение деталей можно осуществлять с помощью ручной лазерной сварки.
Миниатюрный станок для ее самостоятельного проведения сейчас можно выбрать без труда. Их достаточно много в продаже по приемлемой цене с разными параметрами настройки режимов работы.
С помощью такого станка легко можно провести:
Лазерный способ сварки металлов сегодня особенно востребован во многих областях. С помощью этой технологии можно бесконтактно соединять материалы с разными электрохимическими свойствами. Это позволяет проводить работы в труднодоступных местах. Работы можно проводить на малых площадях с большой точностью.
Однако ее применение ограничено значительной стоимостью из-за высокой цены оборудования.
Загрузка... plavitmetall.ru
Сварка – это технологический процесс получения неразъемных соединений за счет установления межатомных связей между материалом (материалами) соединяемых заготовок.
Исходные заготовки для изготовления сварных конструкций это прокат (лист, труба, профили), штампованные детали и т.д. Сварная конструкция может иметь очень сложную форму при достаточно простой технологии ее изготовления.
Методы сварки можно подразделяют на термические, термомеханические и механические.
Термические методы (сварка плавлением) основаны на расплавлении металла. Кромки соединяемых заготовок расплавляются внешним источником нагрева. При этом образуется сварочная ванна. После затвердевания расплавленного металла (сварочной ванны) образуется монолитный шов, который соединяет свариваемые заготовки в одну.
Соединение заготовок при механических методах осуществляется за счет высокого давления, вызывающего пластическую деформацию в месте сварки. При этом необходимо разрушить оксидную пленку на поверхности свариваемых заготовок и смять микронеровности. Величина давления должна быть достаточной для того, чтобы между металлом (металлами), свариваемых заготовок образовались межатомные связи, т.е. образовалось сварное соединение. Все эти процессы облегчаются в условиях пластического течения металла (одна заготовка как бы вдавливается в другую).
При термомеханических методах сварки металл в месте соединения деталей нагревается до температуры плавления или пластического состояния. Нагрев позволяет снизить давление и уменьшить величину внедрения одной заготовки в другую для образования сварного соединения.
Сварка плавлением (термические методы) – наиболее широко используемая технология – основная доля сварочных работ приходится на сварку плавлением. Ее применение позволяет получать сварные конструкции различных габаритов, сваривать заготовки разной толщины - от весьма малой (доли миллиметра) до 1м и более. Сварку можно производить в цеховых условиях, а также на улице при монтаже строительных ферм и конструкций.
Вместе с тем, наличие расплавленного металла в сварочной ванне предопределяет ряд особенностей, которые следует учитывать при сварке оплавлением.
В том случае, если сварочная ванна не защищена от атмосферы, расплавленный металл окисляется, поглощает газы, вследствие чего получает низкие механические свойства, и, прежде всего, пластичность – становится хрупким. Это требует защиты сварного шва и прилегающей зоны металла в процессе сварки.
В зависимости от способа нагрева, вызывающего плавление металла, различают следующие виды сварки: электродуговая, электроннолучевая, плазменная, газовая и др. Наибольшее распространение получили электродуговая и газовая сварка, а также электрошлаковая для сварки крупногабаритных толстостенных заготовок.
Электродуговая сварка.
Источником тепла для расплавления металла является электрическая дуга – устойчивый (т.е. существующий длительное время) электрический разряд между электродами, температура дуги свыше 5000°С. Дуга прямого действия – горит между электродом и заготовкой, т.е. одним из электродов является сама заготовка. Дуга косвенного действия – возбужденная только между электродами.
Электродуговая сварка выполняется с применением специальных сварочных материалов: наплавочных (металлы – материалы электродов), флюсов и обмазок, последние для защиты сварочной ванны от атмосферы.
Защита металла шва - изоляции сварочной ванны от атмосферы осуществляется сварочными флюсами. Флюс может подаваться в зону сварки, или его используют в качестве обмазок электродов. Защита шва может быть осуществлена с помощью газов. Защитные газы – нейтральные (аргон, гелий) и углекислый (СО2) обеспечивают лучшую защиту от кислорода воздуха, чем электроды с покрытием и флюсы. Газы подаются в зону сварки через специальные сопла.
Сварка в среде углекислого газа применяется для заготовок из углеродистых сталей. Сварка в среде инертных газов или их смеси применяется для металлов и сплавов с высокой химической активностью – титана, алюминия, магния, а также меди, коррозионно-стойких сталей.
Электродуговая сварка может быть ручной и автоматической. Ручная сварка плавящимся электродомзанимает наибольший объем. Электроды вручную подают в зону горения дуги и перемещают вдоль свариваемого изделия. Ручной сваркой сваривают разные металлы, применяя соответствующие электроды и обмазки, получая сварные соединения различной конструкции. Автоматическая электродуговая сваркав 5…10 раз производительнее ручной сварки. Эта технологияобеспечивает автоматическую подачу электрода по мере его расходования и перемещение дуги вдоль шва, подачу флюса,поддерживает стабильное горение дуги.
Газовая сварка.
Газовую сварку производят благодаря теплоте, выделяемой при сгорании горючего газа, чаще всего ацетилена, в кислороде. Хранение и транспортировка газов осуществляется в баллонах, где газы находятся под высоким давлением. Из баллонов газы через редуктор – устройство, понижающее давление, подаются в сварочную горелку, смешиваются в ней и, выходя за ее наконечник, сгорают, образуя пламя.
Производительность газовой сварки низкая, автоматизировать ее сложно. Поэтому она применяется в монтажных и ремонтных работах при сварке заготовок малой толщины.
Сведения об электронно-лучевом, ионно-лучевом и лазерном нагреве для сварки.
Указанные источники нагрева являются высокоэнергетическими, они характеризуются весьма высокой удельной мощностью.
Электронно-лучевую сварку производят в вакуумной камере фокусированным электронным лучомпри этом поверхность свариваемого материала бомбардируется электронами и их кинетическая энергия переходит в тепловую. Достоинства технологии: идеальная защита от внешней среды – вакуум, узкий сварочный шов. Возможна сварка тугоплавких и химически активных материалов, а также неметаллических материалов; можно сваривать разнородные металлы и металлы с неметаллами.
Нагрев металла энергии при плазменной обработке происходит за счет потока ионов, а также нейтральных молекул и атомов, образующихся при пропускании аргона, азота, аммиака, других газов и их смесей через дуговой разряд. Удельная мощность в пятне нагрева ниже, чем при электронно-лучевой бомбардировке.
При лазерной сварке используют твердотельные и газовые квантовые генераторы – лазеры.
Фокусировка луча в пятно диаметром до сотых долей миллиметра, позволяет нагревать практически все металлы до расплавления и даже до кипения. Лазеры большой мощности позволяют сваривать заготовки из металла толщиной до нескольких миллиметров.
Лазером можно прошивать отверстия весьма малого диаметра (до 5 мкм) в любых материалах, в том числе в алмазах.
studfiles.net
Дуговая резка металлов
...
Заготовительные операции кузовной штамповки
Продольный раскрой рулонов Листовой и другой материал, полученный прокаткой или прессованием, разделяют на части в заготовительном отделении штамповочного цеха. Листовой прокат - рулоны и листы - разрезают на ленты, полосы...
Лучевые методы обработки материалов
Разработка мощных и надежных лазеров на алюминий-иттриевом гранате и СО2, работающих в непрерывном и импульсном режимах, позволила осуществлять технологическую операцию лазерного разделения материалов...
Пластмассы и их основные компоненты. Сварка металлов и ее назначение
Сваркой называют технологический процесс получения неразъемных соединений заготовок посредством установления межатомных и межмолекулярных связей между свариваемыми частями, что возможно при сближении атомов на расстояние...
Работа компрессорного завода ОАО "Казанькомпрессормаш
На лопатки основного диска накладывают припой ПЖК-1000 (лента толщиной 0,1 мм, шириной 5 мм, длиной 12 мм). Закрепляют методом точечной сварки. Устанавливают покрывной диск, закрепляют и - в вакуумную печь. Закрывают камеру печи...
Разработка технологии изготовления художественного изделия – уголков для рубашки
...
Технологические основы процесса сварки металлов и сплавов
При сварке место соединения нагревают до расплавления высокотемпературным газовым пламенем. При нагреве газосварочным пламенем кромки свариваемых заготовок расплавляются, а зазор между ними заполняется присадочным металлом...
Технологические основы процесса сварки металлов и сплавов (её классификация, прогрессивные способы сварки)
При сварке место соединения нагревают до расплавления высокотемпературным газовым пламенем. При нагреве газосварочным пламенем кромки свариваемых заготовок расплавляются, а зазор между ними заполняется присадочным металлом...
Технология и оборудование литейного производства
Литую черную арматуру удаляют кислородно-флюсовой резкой. Ручная отрезка прибыли литья применяется для отливок с диаметром прибылей до 350 мм, кислородным - Ш 1600мм. Перед резкой термообработка, очистка, т.к...
Технология изготовления корпуса цистерны
Резка производится на дисковых ножницах (рис.12.) марки Н4422 по схеме раскроя, которые имеют следующие технические характеристики [9]: Дисковые ножницы Н4422: - наибольшая толщина разрезаемого листа, мм 16; - скорость резки...
Технология пайки изделий при подготовке производства
Пайкой называется образование соединения с межатомными связями путем нагрева соединяемых материалов ниже температуры их плавления, смачивания их припоем, затекания припоя в зазор и последующей его кристаллизации (ГОСТ 17325--79)...
Технология сварки металлов
Под пайкой понимают соединение двух металлических деталей при помощи припоя, температура плавления которого лежит ниже температуры плавления более легкоплавкой детали; благодаря этому детали могут быть разъединены при нагревании...
Технология сварочного производства
При газовой сварке место соединения нагревают до расплавления высокотемпературным газовым пламенем, получаемым при сжигании горючего газа в атмосфере технически чистого кислорода...
Установка для лазерной сварки и лазерной резки МЛК4-1
...
Установка для лазерной сварки и лазерной резки МЛК4-1
Свет, как и любые другие виды электромагнитных колебаний, обладает большим запасом энергии, применение которой для сварки возможно только при высокой ее концентрации на небольшой площади...
prod.bobrodobro.ru
