Присадка для лазерной сварки
Обновлено: 04.10.2024
Широкая номенклатура присадочных проволок позволяет подобрать материал нужный для конкретной марки стали, в зависимости от её химического состава и твердости. Присадочные проволоки различного состава применяются для всех известных марок инструментальных, конструкционных, легированных, углеродистых сталей с твердостью до 65 единиц HRC, для восстановления пресс-форм из алюминия и его сплавов, вставок пресс-форм из бериллиевой бронзы, изделий из титана. Диаметр присадочных проволок варьируется в диапазоне от 0,2 до 0,8 мм.
Описание
Информацию по стоимости и наличие присадочных проволок Вы можете узнать, позвонив в офис нашей компании.
Технические параметры
| Марка проволоки | Применение | Твердость, HRC | Диаметр проволоки, мм |
|---|---|---|---|
| ЛП.01 | Предназначена для нанесения на все марки инструментальных сталей для получение повышенной износостойкости. Используется в качестве буферного слоя между основным и окончательным материалами. | 40 | 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8. |
| ЛП.02 | Предназначена для нанесения на все марки инструментальных сталей средней твердости. Широко применяется для ремонта различной инструментальной оснастки. | 50 | 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8. |
| ЛП.03 | Предназначена для нанесения на все марки инструментальных сталей высокой твердости; в качестве наплавляемого материала для ремонта твердосплавного режущего инструмента и инструментальной оснастки. | 60 | 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8. |
| ЛП-Ni | Применяется исключительно для лазерной сварки и нанесения на нержавеющие стали. | 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8. | |
| ЛП-Cu | Предназначена для нанесения на все медные сплавы. Применяется для устранения дефектов медных вставок прессформ. | 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6. | |
| ЛП-Al | Применяется для ремонта изделий и инструментальной оснастки из алюминия и сплавов. | 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6. | |
| ЛП-Ti | Предназначена для нанесение на все марки титана. Применяется в медицинской и зуботехнической отраслях. | 0,3; 0,4. |
Технологии и применение
Основное применение присадочных проволок в лазерной индустрии – это технологические процессы лазерной сварки и наплавки.
Когда зазор между свариваемыми кромками изделия не соответствует высоким требованиям подготовки этого изделия для лазерной сварки, тогда процесс лазерной сварки сопровождается подачей присадочной проволоки в зону обработки.
Но основное применение присадочных материалов в лазерных технологиях – это импульсная лазерная наплавка, предназначенная для ремонта и восстановления различной инструментальной оснастки: формообразующих пресс-форм, различных пуансонов, штампов, фильер и т.п. В этом случае проволока подается в зону лазерной обработки для заварки дефектов изделия, которые возникают в процессе эксплуатации, это могут быть различные сколы (особенно часто на кромках пресс-форм), трещины и поры (возникающие из-за выгорания материала), царапины и задиры. Присадочный материал, расплавляясь, заполняет место дефекта, образуя прочное сварное соединение с основным материалом изделия.
Присадочные проволоки применяются для восстановления и ремонта инструментальной оснастки на лазерных установках серии ALFA-E, которые позволяют работать с изделиями малых и средних размеров; лазерные установки серии LaserMould предназначены для ремонтно-восстановительных работ крупногабаритных изделий весом до нескольких тонн.
Подробнее с технологией лазерной наплавки можно ознакомиться по ссылке - Технология лазерной наплавки
Лазерный мир
При сварке алюминиевых сплавов кристаллическая структура и механические свойства металла швов изменяются в зависимости от состава сплава, способов и режимов сварки. Эффект сочетания высокого коэффициента отражения, теплопроводности и теплоемкости алюминия приводит к необходимости тщательного выбора оптимальных режимов лазерной сварки алюминиевых сплавов.
Сплавы алюминия применяются в различных отраслях промышленности благодаря уникальному сочетанию свойств: низкой плотности при высоких значениях удельной прочности, коррозионной стойкости и теплопроводности. По показателям отношения прочности и текучести к плотности высокопрочные алюминиевые сплавы значительно превосходят низкоуглеродистые и низколегированные стали, чистый титан и уступают лишь высоколегированным сталям повышенной прочности и сплавам титана [1]. Наши исследования касались вопросов лазерной сварки следующих систем алюминиевых сплавов: Al-Mg(Амг6), Al-Mg-Si-Cu (АД37), АL-Mg-Li (01420,1424), АL-Mg-Sc (01570, 01545К), AL-Cu (1201), AL-Cu-Li-Sc (01421) и AL-Cu-Li-Sc (01460) и Al-Cu-Li (1461).
Известно, что лазерная сварка характеризуется наименьшим тепловложением в сравнении с другими методами сварки [2]. Поэтому ее применение должно быть целесообразно как с точки зрения остаточных напряжений и деформаций, так и с позиции уменьшения размеров зоны разупрочнения в термоупрочняемых сплавах. Преимущества лазерной сварки алюминиевых сплавов в следующем:
* снижение коробления деталей после сварки;
* повышение технологичности изготовления деталей;
* высокая степень автоматизации;
* отсутствие требования применения вакуумных камер (в отличие от электронно-лучевой сварки), что особенно важно для крупногабаритных конструкций.
Помимо этого возможна флюсовая защита поверхности и корня шва. Для этой цели мы разработали специальные составы флюсов, которые наносим на поверхность стыка и на его корневую часть путем окрашивания перед сваркой. Применение флюсовой защиты позволяет снизить требования к сборке за счет увеличения возможного зазора в 2-3 раза.
Для лазерной сварки алюминиевых сплавов толщиной более 1,0 мм требуется достаточно высокая мощность лазерного излучения, что влияет на выбор соответствующего оборудования, способного работать в непрерывном режиме с мощностью более 2,0 кВт. Отличительной особенностью лазерной сварки алюминиевых сплавов является пороговый характер проплавления. Он заключается в том, что расплавление металла начинается только при определенном уровне плотности мощности (около 106 Вт/см2).
Этот эффект объясняется сочетанием высокого коэффициента отражения, теплопроводности и теплоемкости алюминия. После начала процесса плавления коэффициент отражения резко снижается и происходит интенсивное проплавление металла с образованием парогазового канала. Указанный порог плотности мощности зависит от длины волны излучения, параметров фокусировки, скорости сварки, толщины и состояния поверхности пластин, а также от состава материала.
В качестве промышленных источников для лазерной сварки и резки обычно используются два основных типа лазерных установок: это быстропроточные газовые СО2-лазеры и мощные твердотельные лазеры на основе Nd:YAG-кристаллов [2]. Для сварки алюминия и его сплавов с точки зрения их поглощающей способности твердотельные лазеры с длиной волны λ = 1,064 мкм более предпочтительны, чем газовые (λ = 10,6 мкм). В настоящее время активное применение в промышленности находит новейший тип лазеров — волоконный [4]. Для проведения исследований по сварке волоконным лазером мы использовали комплекс на основе волоконного иттербиевого лазера фирмы «ИРЭ-Полюс» ЛС-3,5 мощностью 3,5 кВт. Исследования показали, что уровень плотности мощности, необходимой для начала проплавления, при применении волоконного лазера примерно в 2 раза меньше, чем СО2-лазера (рис.1). В табл.1 показаны режимы сварки сплава 01570 волоконным и СО2-лазером. Из таблицы видно, что погонная энергия, необходимая для сварки листа толщиной 2,0 мм волоконным лазером, на 30% ниже, чем при сварке СО2-лазером.
Сваренные соединения, полученные излучением СО2-лазера и волоконного лазера, практически не отличаются по внешнему виду и по макроструктуре. На всех исследованных сплавах наблюдалась малая ширина шва и объем сварочной ванны. Как видно из рис. 2а, при сварке материала толщиной 2,0 мм достигается проплавление с практически параллельными кромками при ширине шва около 2,0 мм, занижение и провисание шва находятся в допустимых пределах. В сравнении с аргонно-дуговой сваркой (АрДС) объем расплаленного материала при лазерной сварке в 2-3 раза меньше (рис.2б).
Анализ внешнего вида сварных соединений показывает, что на всех режимах сварки наблюдается так называемая «чешуйчатость». Это связано с тем, что процесс лазерной сварки сопровождается кипением, испарением и резким волнообразным охлаждением материала в сварочной ванне. Результаты экспериментов показали, что на медленной скорости сварки (до 1,0 м/мин) чешуйчатость менее выражена, чем на высокой (2,0-8,0 м/мин) скорости. Варьирование режимами сварки не дает полного устранения чешуйчатости ни на одном из исследованных сплавов. Одним из эффективных технологических приемов является повторный проход по поверхности шва расфокусированным лучом, что позволяет загладить шероховатость поверхности.
Для устранения занижения шва и снижения шероховатости был применен метод сварки с присадочной проволокой. Внешний вид типичного шва, полученного с присадочной проволокой, показан на рис.3а поперечный шлиф этого соединения на рис.4. Применение присадочной проволоки позволяет снизить требования по сборке стыков. Мы получили качественные сварные соединения с присадочной проволокой при зазорах в диапазоне от 0,1 до 1,0 мм.
Диаметр и скорость подачи проволоки подбирается исходя из толщины свариваемого материала и скорости сварки, диаметр проволоки при лазерной сварке составляет 0,6-1,2 мм. Оптимальный угол подачи лежит в пределах 25-35°. При сварке с присадкой принципиально возможны два способа подачи проволоки — перед излучением и за ним. Направление подачи проволоки может существенно повлиять на эффективность и стабильность процесса. На скоростях подачи свыше 4 м/мин сварочная ванна более стабильна, когда подача проволоки осуществляется в хвост ванны. На рис.5 показан процесс сварки с присадочной проволокой.
Кристаллическая структура металла шва определяет его механические свойства. При сварке алюминиевых сплавов кристаллическая структура и механические свойства металла швов изменяются в зависимости от состава сплава, способов и режимов сварки. Проведенное нами исследование микроструктуры полученных сварных соединений указывает на наличие в центре сварного шва дендритного строения литого металла, который к периферии становится несколько более грубым, затем следует зона рекристаллизованных зерен, переходящая в волокнистую структуру основного материала. Шов и зона сплавления имеют довольно мелкозернистое строение (величина зерна ~50 мкм). В литой зоне сварного шва не наблюдаются грубые интерметаллидные фазы, что объясняется высокими скоростями кристаллизации при лазерной сварке (рис.6).
Подобная структура считается благоприятной для обеспечения достаточного уровня механических свойств и предотвращения образования кристаллизационных трещин.
Структурные изменения в зоне термического влияния при лазерной сварке происходят на участке, в 3-5 раз меньшем, чем при аргонно-дуговой сварке. Увеличение размера зерен в этой области не наблюдалось.
Указанные структурные особенности обеспечиваются высокими скоростями сварки и высоким уровнем плотности мощности, что дает возможность получать жесткие термические циклы со скоростями охлаждения, существенно превышающими соответствующие значения для дуговых методов сварки.
Свойства сварных соединений зависят также от процессов, протекающих в околошовных зонах. При сварке чистого алюминия и сплавов, не упрочняемых термической обработкой, в зоне теплового воздействия наблюдается рост зерна и некоторое его разупрочнение, вызванное снятием нагартовки. Это зависит от способа сварки, режимов и степени предшествующей нагартовки. Свариваемость сплавов системы Аl-Мg осложняется склонностью к образованию пористости и вспучиванию в участках основного металла, непосредственно примыкающих к шву при наличии в полуфабрикатах большого количества молекулярного водорода.
При сварке сплавов, упрочненных термической обработкой, в околошовной зоне происходят изменения, приводящие к разупрочнению участков соединения. Независимо от способа сварки и исходного состояния металла в непосредственной близости от шва наблюдается зона оплавления границ зерен. Ширина этой зоны меняется в зависимости от режимов сварки.
Значения микротвердости в шве и зоне термического влияния при лазерной сварке существенно, на 20-25%, выше, чем при АрДС. Зона разупрочнения при лазерной сварке практически отсутствует, в то время как при АрДС она распространяется на расстояние до 1,0-1,2 мм от зоны сплавления и снижение микротвердости в ней по отношению к основному металлу составляет 13-14%. Твердость участков околошовной зоны при сварке нагартованного материала снижается по отношению к основному металлу. Однако участок разупрочнения по протяженности при лазерной сварке в 3-4 раза меньше, чем при дуговой. Изменение микротвердости поперечного сечения сварного соединения показано на рис.7.
Использование оптимальных режимов лазерной сварки алюминиевых сплавов, особенно в диапазоне скоростей выше 1,5-2,5 м/мин, позволяет существенно снизить деформации деталей. Как показали исследования поперечной усадки сварных соединений, эта величина в 5-6 раз меньше, чем при автоматической аргонно-дуговой сварке.
Проведенные исследования позволяют сделать заключение о том, что лазерная сварка широкой номенклатуры алюминиевых сплавов позволяет получить качественные сварные соединения. Соединения, полученные излучением СО2- и волоконного лазера, практически не отличаются по внешнему виду и по макроструктуре, однако погонная энергия, необходимая для полного проплавления волоконным лазером, на 30% ниже, чем при сварке СО2-лазером. Объем расплавленного металла при лазерной сварке меньше, чем при аргонно-дуговой. Для устранения занижений шва, увеличения допустимого сборочного зазора и повышения механических свойств необходимо использовать присадочную проволоку. Лазерная сварка обеспечивает минимальную зону разупрочнения при соединении термообработанных алюминиевых сплавов и меньшие деформации сварных соединений.
В работе, на основе нелинейной модели, проанализированы особенности процесса лазерной сварки с подачей присадочной проволоки.
Результаты моделирования подтверждены экспериментальными данными.
Введение
Лазерная сварка, обладая таким отличительным свойством, как максимально высокая плотность энергии в пятне фокусировки, становиться ключевой технологией для многих инновационных проектов авиакосмической отрасли. Важное преимущество лазерного метода состоит в возможности сварки труднодоступных мест в любом пространственном положении. Нетривиальным и многообещающим достоинством является синергетический эффект, возникающий при сочетании лазерной сварки с родственными процессами в едином технологическом пространстве [1]. Для авиационной промышленности особый интерес вызывают исследования процесса сварки, выполняемого посредством излучения волоконного лазера с подачей присадочной проволоки. Это связано, во-первых, с необходимостью создавать конструкции с усиленными сварными швами, обладающими равнопрочными с основным материалом свойствами, во-вторых, высокой эффективностью применения метода локальной лазерной сварки в технологии ремонта узлов и деталей ГТД.
В последнее время на рынке появилось лазерное сварочное оборудование, оснащенное современными, высокоресурсными и малогабаритными волоконными лазерными излучателями. Лазеры на основе кварцевого волокна, легированного иттербием, способны генерировать как в непрерывном (CW), так и импульсно-периодическом (QCW) режимах. Они обладают КПД достигающим 25% и высоким качеством излучения (BPP=2,2 мм×мрад). Оптические сварочные головки для этих лазеров опционно комплектуют механизмом подачи присадочной проволоки. В этой связи, важными представляются исследования кинетики процесса лазерной сварки с дополнительной подачей присадочного материала, на примере нержавеющей стали.
Проблема
Особенность лазерной сварки с подачей присадочной проволоки состоит в сложном взаимодействии множества различных физических явлений [2]. По сути, зона лазерной сварки представляет собой неравновесную, нелинейную, открытую систему, обменивающуюся с внешней средой энергией и веществом. Процессы нагрева и охлаждения, плавления и кристаллизации, испарения и конденсации происходят с высокой скоростью в ассиметричных условиях. Между ними могут возникать как прямые, так и обратные связи. Очевидно, что при проявлении сильной положительной обратной связи процесс может содержать стадии, носящие автоколебательный или взрывной характер.
В настоящей работе предлагается, используя современные представления о поведении сложных динамических систем [3], исследовать лазерную сварку с присадочной проволокой как эволюцию самоорганизующейся неравновесной системы.
Теория
Системный анализ показывает, что кинетика процесса сварки определяется, не только режимами лазерного воздействия и свойствами свариваемого и присадочного материала, но и законами внутреннего саморазвития искомой диссипативной системы. Действительно, основными внешними параметрами процесса лазерной сварки с присадочной проволокой являются: плотность мощности лазерного излучения q; длительность лазерного воздействия τL=dL/νL; длительность действия присадка τf=df/vf. Здесь dL диаметр лазерного пятна, νL=vX+vZ скорость сварки, df диаметр присадочной проволоки, vf скорость подачи присадочной проволоки (рис. 1).
Результаты эксперимента
Экспериментальные исследования процесса лазерной наплавки с подачей присадочной проволоки выполняли с помощью сварочной головки показанной на рис. 4. Использовали волоконный QCW-лазер. Сваривали образцы из стали ЭЯ1Т толщиной 3,0 мм. В зону сварки подавали проволоку той же марки, толщиной 1,5 мм Макроструктура сварного соединения представлена на рис. 5.
Выводы
Теоретическая модель процесса лазерной сварки с присадочной проволокой, позволила описать автоколебательный характер формирования сварного шва. Для анализа хаотической стадии искомой модели в систему уравнений следует ввести дополнительную степень свободы.
Переход к принятию более легких и прочных материалов в повседневной продукции, от автомобилей до бытовой электроники, привел к ряду серьезных проблем при сварке этих конструкций, особенно в условиях больших объемов производства. Примеры в транспортной отрасли включают в себя электрическую транспортную инфраструктуру, где производство батарей часто требует соединения разнородных хорошо отражающих материалов, таких как алюминий и медь.
Еще одним связанным примером является дальнейшее применение высокопрочных сталей, а также алюминиевых и магниевых композитов для снижения веса автомобилей. В бытовой электронике требования к легким конструкциям с высокими индивидуальными тепловыми и электрическими свойствами постоянно вызывают потребность в более сложных конструкциях, часто с использованием тонкой фольги и требующих соединения разнородных металлов, а также алюминия и меди, являющихся сильно отличающимися материалами. Индустрия медицинских устройств также обуславливает необходимость соединения мелких металлических деталей, часто с разнородными материалами.
Рост лазерной сварки продолжается уже более десяти лет, а автомобильная промышленность — самая ранняя по применению технологии отрасль — первая, кто видит преимущества автоматизированного процесса сварки в сочетании с внутренними преимуществами технологии волоконных лазеров. Однако проблемы лазерной сварки многих из описанных ранее материалов оставались значительными и могли объяснить медленную скорость принятия лазерной сварки в некоторых приложениях.
В последнее время внедрение новой, экономичной и простой в использовании технологии, основанной на технике колебаний луча, помогает преодолеть некоторые из этих трудностей в сварочных материалах, таких как медь и алюминий, с мощными волоконными лазерами на длине волны 1 мкм. Этот метод помогает преодолевать пористость и проблемы с горячим растрескиванием при лазерной сварке некоторых материалов, помогая тем самым упростить требования к подгонке деталей при сборке в 3-X раза в некоторых примерах, обсуждаемых в этой статье. Благодаря возможности независимого контроля глубины проплавления, скорости колебания сфокусированного пятна, скорости сварки и ширины шва, техника имеет применение при сварке небольших, чувствительных к температуре узлов (для медицинских деталей), плохо подогнанных деталей, которые могут иметь затруднения при обычной лазерной сварке и могут быть косметически привлекательными при сварке с колебаниями без необходимости последующей обработки.
Технология сварочной головки с колебаниями
РИСУНОК 1 демонстрирует концепцию движения двумерного динамического луча или головки с технологией колебаний, где показаны четыре основные программируемые формы, доступные из стандартной сварочной головки, например, D30 из IPG Photonics. Независимый контроль амплитуды и частоты колебаний достигается с помощью контроллера гальво-зеркал, что обеспечивает большую гибкость в стабилизации расплава канала проплавления в процессе сварки с типичными частотами до 300 Гц, используемыми в большинстве приложений. Мощность обработки коммерческих сварочных головок с колебанием луча теперь доступна до 12 кВт.
РИСУНОК 1. Примеры форм колебаний из имеющихся в продаже сварочных головок с независимой регулируемой амплитудой и частотой до 300 Гц.
Стабильность расплава канала проплавления является критическим фактором, когда лазерная сварка затрудняет использование материалов с высокой отражающей способностью, таких как медь и алюминий. Это отчасти объясняется тенденцией к разбрызгиванию и, в случае некоторых алюминиевых сплавов, демонстрирует высокий уровень пористости из-за вязкости и поверхностного натяжения расплава, что делает эти материалы трудными для сварки с использованием более традиционных методов лазерной сварки. Недавние исследования 2 показали уменьшение или устранение этих проблем методом лучевого колебания, включая недавнее систематическое исследование как с использованием, так и без присадочной проволоки на автомобильных алюминиевых сплавах [2].
В целом, метод колебаний позволяет лучше регулировать температуру детали, поскольку луч проходит несколько раз в любой точке сварного шва. Градиент роста температуры и скорости охлаждения медленнее, чем при традиционной лазерной сварке, что помогает устранить дефекты и управлять брызгами. Кроме того, этот метод сварки совместим с типичными сварочными аксессуарами, такими как вспомогательные газовые порты и коаксиальные сопла, которые обеспечивают подавление плазмы и могут помочь контролировать разбрызгивание, которые не могут быть легко совместимы с сканирующими головами, используемыми при дистанционной сварке.
В дополнение к стабилизации расплава канала проплавления и уменьшению пористости в последующем шве метод качания луча оказался ценным для облегчения требований к подгонке деталей для лазерной сварки, как указано в ТАБЛИЦЕ. Используя одну из программируемых фигур (знак бесконечности в этом случае) и оптимизируя амплитуду и частоту колебаний, видно увеличение допустимого зазора шва 3X, которое достигается при обычной лазерной сварке.
ТАБЛИЦА. Краткое описание сварки вобуляционной головкой с колебаниями в окне процесса для зазора шва и смещения, где коэффициент 2-3 увеличения обоих параметров процесса может быть достигнут по сравнению с обычной лазерной сваркой.
Примеры реализации лазерной сварки
Пример качества сварного шва и его однородности, достигаемого с помощью головки с колебаниями, показан на фиг. 2 для сварки алюминия 6061-T6, качество шва, которое было бы невозможно при обычной лазерной сварке. Метод может устранить пост-обработку сварного шва для достижения косметической отделки конечной детали.
РИСУНОК 2. Примеры алюминиевых сварных швов 6061-T6 с использованием метода лучевых колебаний.
При дальнейших проверках уменьшение пористости, связанное с техникой колебаний луча, очевидно (рис. 3), где поперечное сечение сравнивается с обычной лазерной сваркой на алюминии 6061, показывая отсутствие пор при использовании процесса сварки головкой с колебаниями. Сообщалось об аналогичных улучшениях пористости [2, 4] с использованием техники колебаний с объяснением смешением ванны расплава во время вращения канала проплавления, что происходит при процессе колебаний луча.
РИСУНОК 4. Сварка разнородных металлов, таких как нержавеющая сталь и медь (а), обеспечивается техникой колебаний для управления зоной взаимопроникновения (интерметаллической областью между двумя материалами) (б).
Лазерная сварка разнородных металлов является еще одной сложной технологической областью, где технология головки с колебаниями обладает значительным потенциалом, таким как сварка нержавеющей стали и меди (РИС. 4а). Плавление и затвердевание интерметаллического слоя можно контролировать с помощью технологии колебаний, чтобы значительно улучшить качество сварки между двумя разнородными металлами, как показано на EDS-изображении на фиг. 4b. В этом сварном шве мы использовали образец кругового колебания, показанный в ТАБЛИЦЕ.
Головка с колебаниями для сварки меди
Некоторые из проблем, связанных со сваркой меди с использованием лазеров, работающих на 1 мкм, хорошо известны и описаны ранее [1]. В этом исследовании мы использовали одномодовый волоконный лазер и небольшой размер пятна, чтобы увеличить плотность мощности на заготовке и помочь стабилизировать расплав в канале проплавления. Это было подробно изучено при микросварке тонких фольг [5], но эти особенности применимы к сварке головкой с колебаниями, где мы используем небольшое пятно и более эффективную сварку с каналом проплавления . По нашему опыту, линейные скорости и общий ввод тепла (мощность от лазера) часто сравнимы с традиционной лазерной сваркой. Как правило, при более низких скоростях взаимодействие лазера с материалом более неустойчивое с явным выбросом брызг из канала проплавлениясвязано с высокой отражательной способностью меди и низкой вязкостью и поверхностным натяжением материала. Тенденция на более высоких скоростях — стабильный сварной шов, обеспечиваемый высокой текучестью и небольшим размером пятна от одномодового волоконного лазера. Однако это происходит за счет уменьшения глубины проплавления окончательного шва.
Технология колебаний — это полезный инструмент для преодоления этих проблем (рис. 5 и 6). Используя амплитудную функцию колебаний, верхняя ширина шва может быть систематически увеличена, а функция частоты колебаний используется для стабилизации канала проплавления. Результаты были получены с использованием одномодового волоконного лазера с одинаковой мощностью, а линейная скорость сварки и мощность лазера поддерживались во всем диапазоне параметров.
РИСУНОК 5. Использование одномодового волоконного лазера с независимым управлением функциями амплитудной и частотной регулировки колебаний позволяет использовать сварные швы на меди.
Технология головки с колебаниями полностью совместима с многомодовыми волоконными лазерами, и в наших тестах [1] были продемонстрированы медные швы с использованием мощного (5 кВт) волоконного лазера, работающего вместе с головкой с колебаниями. В случае более высоких уровней мощности достигается большая глубина проплавления (до 4 мм в данном случае), и, как и в предыдущем исследовании, дополнительная гибкость процесса, связанная с технологией колебаний луча, используется для управления каналом проплавления и стабилизации расплав во время процесса.
РИСУНОК 6. Поперечные сечения сварных швов меди с использованием метода колебаний и одномодового волоконного лазера.
Алюминиево-медная сварка для промышленности аккумуляторных батарей является последней заявкой, рассмотренной в этой статье. В этом случае глубина проплавления является критическим параметром для минимизации ширины интерметаллидной прослойки (в идеале менее 10 мкм), которая может контролироваться скоростью процесса при традиционной лазерной сварке. Однако в случае использования техники головки с колебаниями у нас есть дополнительная ширина контрольного шва и проникновение через амплитудные и частотные функции на головке с колебаниями.
В нашем исследовании мы видим эффект увеличения амплитуды колебания (от 0,2 до 1,2 мм). Это достигается за счет увеличения ширины сварного шва, минимизации глубины проплавления и последующего улучшения механических свойств сварного шва между элементами алюминия и меди.
Вывод
Трудности, связанные с лазерной сваркой таких материалов, как алюминий и медь с использованием 1 мкм-лазеров, в значительной степени могут быть преодолены за счет использования мощных волоконных лазеров вместе с новейшей двумерной технологией головки с колебаниями луча для дополнительного управления пучком расплава в канале проплавления во время процесса сварки. В свою очередь, это, как показано, помогает устранить пористость и разбрызгивание, связанные с лазерной сваркой этих материалов с использованием традиционных методов. Дополнительные степени свободы, достигаемые за счет независимой амплитуды и частоты колебаний колебательной головки, в сочетании с высокой мощностью, доступной для волоконного лазера, обеспечивают уровень контроля, необходимый для достижения качественной лазерной сварки в сложных материалах.
Примерами, представленными здесь, являются лазерная сварка сложных материалов, таких как алюминий и медь, а также сварка разнородных материалов, включая контроль области интерметаллического смешивания с технологией колебаний. Кроме того, технология предлагает значительные преимущества в частичной адаптации благодаря увеличенной толерантности к зазору шва и смещению в исследованиях, сравнивающих головку с колебаниями с традиционными процессами лазерной сварки. В исследовании также показана пригодность метода как с одномодовыми, так и с многомодовыми мощными волоконными лазерами. Наконец, технология совместима со стандартными сварочными аксессуарами, такими как вспомогательные порты подачи газа и коаксиальные сопла.
Ссылки
[1] T. Hoult et al., «Welding solutions for challenging metals with ytterbium fiber lasers,» ICALEO 2016 presentation, San Diego, CA (Oct. 2016).
[2] G. Barbieri et al., Mater. Sci. Forum, 879, 1057–1062 (2017).
[3] O. Berend et al., «High frequency beam oscillation to increase the process stability during laser welding with high melt pool dynamics,» Proc. ICALEO, 1041, 1032 (2005).
[4] G. Barbieri et al., Procedia Eng., 109, 427–434 (2015).
[5] I. Miyamoto et al., «Precision microwelding of thin metal foil with single-mode fiber laser,» Proc. SPIE, 5063, 297–302 (2003).
Присадка для лазерной сварки
Специализированные сварочные материалы для прецизионной наплавки и микросварки с помощью лазерного оборудования или с помощью аппаратов импульсно-дуговой (микро-TIG) сварки.
Выпускаются диаметром 0.1, 0.15, 0.2, 0.25, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8 и 0.9мм, поставляются в форме прутков длиной 333мм или 1000мм, или в форме проволоки на катушках.
Для удобства использования присадочные материалы QUADA в зависимости от состава материала заранее расфасованы в разные по цвету треугольные пластиковые тубусы.
Сварочная проволока или сварочные прутки QUADA предназначены для микросварки и микронаплавки при ремонте пресс-форм, при изготовлении изделий в инструментальных, машиностроительных и приборостроительных производствах, при разработке и ремонте медицинского оборудования и инструмента, в зуботехнических лабораториях, на предприятиях электротехнической и авиационно-космической промышленности.
Производственным предприятиям, заинтересованным во внедрении новых сварочных материалов, возможно предоставление бесплатных тестовых образцов.
Присадочные материалы для ремонтных работ с последующим травлением и текстурированием:
QuFe10, QuFe10Cr, QuFe10NiMo, QuFe15, QuFe16, QuFe17, QuP20, Qu819.
Присадочные материалы для наплавки:
QuFe11, QuFe12, QuFe13, QuFe14, QuFe19, QuFe20, QuFe21, QuFe23, QuFe30, QuFe31, QuFe47, QuFe51, QuFe60, QuFe72, Qu7734.
Присадочные материалы для нержавеющих сталей и сплавов:
QuFe18, QuFe35, QuFe44, QuFe50, QuFe52, QuFe53, QuFe54, QuFe55, QuFe65, Qu4351, Qu4370, Qu4462, Qu4519, Qu4541, Qu4550, Qu4842, Qu17-4PH.
Присадочные материалы для никелевых сплавов:
QuNi22, QuNi24, QuNi25, QuNi26, QuNi27, QuNi29, QuNi36, QuNi40, QuNi41, QuNi43, QuNi71, QuNi76, QuNi77.
Присадочные материалы для алюминиевых сплавов:
QuAlX10, QuAl99.5, QuAlCu6, QuAlSi5, QuAlSi7, QuAlSi10, QuAlSi12, QuAlMg3, QuAlMg4.5Mn, QuAlMg5, QuAlMgZr.
Присадочные материалы для сплавов на основе меди:
QuCu38, QuCu80, QuCu81, QuCu82, QuCu83, QuCu84, QuCu85, QuCu87, QuCu88, QuCu89, QuBeCu25.
Присадочные материалы для титановых сплавов:
QuTi01, QuTi02, QuTi05.
Присадочные материалы для медицинских и стоматологических сплавов:
QuMed4009, QuMed4115, QuMed4122, QuMed4310, QuMed4316, QuMed4337, QuMed4430, QuMed4455, QuMed4551, QuMed4571, QuMed4576, QuCoCr.
Наиболее популярные сплавы для ремонта литьевых пресс-форм: QuFe10, QuFe13, QuFe20.
Для сварки деталей из нержавеющей стали AISI 304 подходит проволока марки QuMed4316.
Для сварки и наплавки нержавеки 12Х18Н10Т рекомендуется материал QuMed4551.
Подробный ассортимент присадочных материалов QUADA, их свойства и назначение указаны в таблице ниже, также возможно изготовление особой проволоки или прутков по специальным заказам. При заказе, пожалуйста, уточняйте возможность поставки нужного диаметра для выбранного типа и формы материала.
Читайте также: