Требования к лазерной сварке

Обновлено: 02.05.2024

Текст ГОСТ ISO 15609-4-2017 Технические требования и аттестация процедур сварки металлических материалов. Технические требования к процедуре сварки. Часть 4. Лазерная сварка

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ (МГС)

INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION (ISC)

Технические требования и аттестация процедур сварки металлических материалов

ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЦЕДУРЕ СВАРКИ

(ISO 15609-4:2009, IDT)

Москва Стандартинформ 2018

ГОСТ ISO 15609-4—2017

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0—2015 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2—2015 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия. обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Обществом с ограниченной ответственностью «Национальная экспертно-диагностическая компания» (ООО «НЭДК») на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 5

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 364 «Сварка и родственные процессы»

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 30 ноября 2017 г. № 52-2017)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по MK (ИСО 3166) 004—97

Код страны no МК (ИСО 3166) 004—97

Сокращенное наименование национального органа по стандартизации

Минэкономики Республики Армения

Госстандарт Республики Беларусь

Госстандарт Республики Казахстан

Институт стандартизации Молдовы

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 28 августа 2018 г. № 531-сг межгосударственный стандарт ГОСТ IS015609-4—2017 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 марта 2019 г.

5 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ISO 15609-4:2009 «Технические требования и аттестация процедур сварки металлических материалов. Технические требования к процедуре сварки. Часть 4. Лазерная сварка» («Specification and qualification of welding procedures for metallic materials — Welding procedure specification — Part 4: Laser beam welding», IDT).

Международный стандарт разработан Техническим комитетом ISO/TC 44 «Сварка и родственные процессы», подкомитетом SC 10.

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

В Российской Федерации настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

Содержание

1 Область применения

2 Нормативные ссылки

3 Термины и определения

4 Содержание технических требований к процедуре сварки

4.1 Общие положения

4.2 Сварочный процесс

4.5 Основной материал

4.6 Присадочные и другие сварочные материалы

4.7 Конструкция соединения

4.8 Подготовка соединения и поверхности

4.9 Фиксаторы, зажимные приспособления и инструмент

4.10 Положения при сварке

4.12 Техника сварки

4.13 Сварочные параметры

4.14 Предварительный подогрев и термообработка

4.15 Операции после сварки

Приложение А (справочное) Примеры технических требований к процедуре сварки

Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов межгосударственным стандартам

Введение

ISO 15609 состоит из следующих частей под общим наименованием «Технические требования и аттестация процедур сварки металлических материалов. Технические требования к процедуре сварки»:

- часть 1. Дуговая сварка;

• часть 2. Газовая сварка;

• часть 3. Электронно-лучевая сварка;

- часть 4. Лазерная сварка;

• часть 5. Контактная сварка;

- часть 6. Лазерно-дуговая гибридная сварка.

ГОСТ ISO 15609-4—2017

Технические требования и аттестация процедур сварки металлических материалов ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЦЕДУРЕ СВАРКИ

Specification and qualification of welding procedures for metallic materials Welding procedure specification Part 4. Laser beam welding

Дата введения — 2019—03—01

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает технические требования к процедуре лазерной сварки, включая наплавку. Настоящий стандарт не распространяется на другие процессы покрытия (например, термическое напыление).

Настоящий стандарт является частью серии стандартов, подробности о которой даны в EN ISO 15607:2003, приложение А.

Параметры, перечисленные в настоящем стандарте, влияют на качество и свойства сварного соединения. Указанные величины влияют на металлургические и механические свойства, геометрию конструктивного элемента и другие важные эксплуатационные свойства.

2 Нормативные ссылки

Для применения настоящего стандарта необходимы следующие ссылочные документы. Для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного документа, для недатированных ссылок применяют последнее издание ссылочного документа (включая все изменения к нему):

ISO 4063 Welding and allied processes — Nomenclature of processes and reference numbers (Сварка и родственные процессы. Перечень и условные обозначения процессов)

ISO 6947 Welding and allied processes — Welding positions (Сварка и родственные процессы. Положения при сварке)

ISO 14175 Welding consumables — Gases and gas mixtures for fusion welding and allied processes (Материалы сварочные. Газы и газовые смеси для сварки плавлением и родственных процессов)

IS0 15607:2003 Specification and qualification of welding procedures for metallic materials — General rules (Технические требования и аттестация процедур сварки металлических материалов. Общие правила)

ISO/TR 25901:2007 1 > Welding and related processes — Vocabulary (Сварка и родственные процессы. Словарь)

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины в соответствии с IS015607:2003 и ISO/TR 25901:2007, а также следующие термины с соответствующими определениями:

1 > Заменен на ISO/TR 25901-1:2016 «Сварка и родственные процессы Словарь. Часть 1. Общие термины». ISO/TR 25901-3:2016 «Сварка и родственные процессы. Словарь Часть 3. Сварочные процессы», ISO/TR 25901-4:2016 «Сварка и родственные процессы. Словарь. Часть 4. Дуговая сварка».

3.1 нарастание (slope up): Контролируемое увеличение мощности лазерного луча в начале сварки. [ISO/TR 25901:2007, 2.337]

3.2 спад (slope down): Контролируемое уменьшение мощности лазерного луча в конце сварки.

Примечание 1 — Применено из ISOHR 25901:2007, 2.336.

Примечание 2 — Зона спада — это зона на заготовке, в которой происходит спад. Она может состоять из одной или двух областей в зависимости от выбранного режима сварки.

a) При сварке с полным проплавлением он может состоять:

- из области, где проникновение луча по-прежнему полное;

- из области, где проникновение луча является частичным или уменьшенным.

b) При сварке с частичным проникновением он может состоять:

- из области, где проникновение непрерывно уменьшается.

3.3 рабочее расстояние (working distance): Расстояние между поверхностью заготовки и стандартной опорной точкой оборудования, относящейся к фокусирующей линзе или центру зеркала.

[ISO/TR 25901:2007, 2.472]

Примечание — Является справочной величиной.

3.4 прихватка (tacking run): Шов для фиксации взаимного расположения подлежащих сварке деталей или узлов.

Примечание 1 — Применено из ISO/TR 25901:2007, 2.370.

Примечание 2 — Может быть выполнена непрерывным или прерывистым швом с частичным проплавлением.

3.5 проход, слой (pass, run): Операция сварки, которая является частью выполнения законченного шва.

Примечание 1 — Применено из ISOHR 25901:2007, 2.312.

Примечание 2 — Термин «проход» обычно используется для лазерной сварки.

3.6 облицовочный слой (cosmetic pass): Проход с целью поверхностного переплавления сварного шва для улучшения внешнего вида шва.

Примечание 1 — Применено из ISOHR 25901:2007, 2.75.

Примечание 2 — Этот проход может быть выполнен расфокусированным или колеблющимся лучом.

3.7 перекрытие (overlap): Участок сварного шва, переплавляемый на этапе спада.

[ISOHR 25901:2007, 2.249]

Примечание — При наплавке это часть прохода, переплавляемая соседним проходом.

3.8 подкладка (back support): Деталь из металла или другого вспомогательного материала, устанавливаемая на заготовке с обратной стороны соединения с целью поддержания расплавленного металла.

Примечание — Применено из ISO/TR 25901:2007, 2.24.

3.9 фокусное расстояние (focal length): Расстояние между центром фокусирующей линзы или зеркала и фокальным пятном.

[ISO/TR 25901:2007, 2.146]

Примечание — В толстой линзе или системе линз часто главная плоскость находится внутри линзы. Операторы часто используют «внешнее фокусное расстояние», которое является расстоянием от наружной поверхности фокусирующей системы линз или зеркал до фокального пятна.

3.10 фокальное пятно (focal spot): Часть луча за пределами фокусирующей системы, где луч имеет минимальную площадь поперечного сечения.

[ISO/TR 25901:2007, 2.147]

3.11 формирование луча (beam shaping): Улучшение геометрии эффективной площади луча и распределения плотности мощности с помощью соответствующих оптических элементов.

3.12 газ-носитель (carrier gas): Газ, используемый для транспортировки присадочного материала в сварочную ванну.

[ISOHR 14175:2008, 5.1.4]

Примечание — Типичными газами-носителями являются: азот, гелий и аргон.

4 Содержание технических требований к процедуре сварки

Технические требования к процедуре сварки WPS содержат всю информацию, необходимую для выполнения сварного шва.

Технические требования к процедуре сварки WPS могут охватывать определенный диапазон толщин соединяемых деталей, основных металлов и присадочных материалов. Некоторые производители могут дополнительно разрабатывать рабочие инструкции для каждой конкретной работы как часть подробного производственного плана.

Информация, приведенная ниже, является достаточной для большинства сварочных операций. Для некоторых областей применения может потребоваться ее дополнение или сокращение. Соответствующая информация должна быть указана в WPS.

Диапазоны и допустимые отклонения, установленные на основе опыта производителя, должны быть указаны в соответствующих случаях.

Пример формы WPS приведен в приложении А.

В соответствии с ISO 4063 обозначение процесса лазерной сварки — 52.

Должна быть указана следующая информация:

- ссылка на протокол аттестации процедуры сварки WPQR или другие документы, если необходимо.

4.4.1 Общие положения

Указывают наименование применяемого оборудования.

4.4.2 Оборудование для лазерной сварки

- тип (например, YAG (твердотельный лазер) или СО₂ (газовый лазер)], модель, производитель;

- непрерывное или импульсное излучение;

- количество лазеров в комбинации;

- заданные производителем или измеренные значения параметров луча:

- поперечное электромагнитное колебание пучка ТЕМ (лучевая мода);

- поляризация и ориентация луча;

- параметр качества пучка ВРР.

4.4.3 Транспортировка луча и система фокусировки

- метод передачи (волокна, зеркала, включая коллиматор пучка, если применяются);

- способ формирования луча (например, сканер, интегратор, дифракционные линзы);

- расстояние от источника луча до системы фокусировки, если необходимо;

- диаметр луча на входе в систему фокусировки;

- номинальный размер фокусного пятна и метод измерения, если необходимо;

• система защиты траектории луча.

4.4.4 Система подачи газа

Должно быть дано изображение (принципиальная схема), показывающее конструкцию, положение сопла (сопел) для подавления плазмы газа по отношению к соединению, направление сварки и точки сварки.

Должны быть определены операции и размеры защиты расплавленной ванны.

В случае наплавки должны быть указаны состав и скорость газа, подающего металлический порошок.

4.4.5 Система подачи присадочного материала

Должно быть дано изображение (схема), показывающее конструкцию, положение системы подачи присадочного материала по отношению к соединению, направление сварки и точки сварки (если имеются).

4.5.1 Основной материал вид/марка

- обозначения материалов и использованных подкладных или ограничительных пластин и обозначения ссылочных стандартов;

- идентификация вида продукции (например, поковка, литье, прокат, штамповка).

WS может охватывать группу материалов.

4.5.2 Размеры материалов

- диапазон толщин соединения;

- диапазон наружных диаметров для круглых заготовок.

- обозначения и ссылочные стандарты для присадочных материалов или других сварочных материалов, использованных в соединении;

- размеры присадочных материалов или других сварочных материалов, использованных в соединении;

- специальные инструкции по применению присадочных материалов или других сварочных материалов, использованных в соединении.

Должен быть разработан эскиз, содержащий конструкцию/конфигурацию соединения с размерами и допусками, включая обработку поверхности, или ссылки на другой стандарт, содержащий эту информацию.

4.8.1 Подготовка соединения

- метод подготовки соединения, очистки, обезжиривания и т. д.;

- способ защиты подготовленного соединения, если необходимо.

4.8.2 Подготовка поверхности

- метод подготовки поверхности, очистки, обезжиривания и т. д.;

- способ защиты поверхности соединения, если необходимо.

Должны быть описаны способы, которые будут применяться для фиксации заготовки (включая прихватки ручной дуговой сваркой и, если используются, устройства подачи защитного газа).

Положения при сварке должны быть указаны в соответствии с ISO 6947.

- вид(ы) и размеры, если необходимо.

Эскиз, демонстрирующий технику сварки, должен показывать детали выполнения всех слоев (прихватки, заполняющий слой, облицовочный слой).

4.13.1 Параметры лазерного луча

- мощность лазерного луча на заготовке:

* параметры импульса, если импульс применяется, включая:

* изменение мощности на детали (включая период нарастания и слада, если применяется);

* траектория сканирования луча, амплитуда, частота и время задержки в точках возврата, если применяется;

- положение лазерного луча, поляризация и положение по отношению к соединению и направлению сварки:

- углы (в двух направлениях);

- положение в поперечном направлении, если необходимо.

4.13.2 Механические параметры

- параметры изменения скорости сварки, если применяются;

- скорость подачи проволоки/присадочного материала, направление, положение и угол, если имеются.

4.13.3 Параметры плазмоподавляющего, защитного газа и газа, защищающего обратную сторону шва

■ скорость подачи газа;

4.13.4 Геометрические параметры и порядок наплавки

Для наплавки должна быть указана последовательность выполнения проходов, в том числе;

- ширина и высота одного прохода;

* размер или процент перекрытия.

4.13.5 Прочие параметры

Прочие параметры включают:

- форму и размеры луча на заготовке;

- расположение и ориентацию сопла подачи защитного газа по отношению к заготовке.

Если требуется подогрев и/или последующая термообработка, то соответствующие условия должны быть определены в WPS. Если лазерный луч применяется для подогрева или последующей термообработки, то соответствующие параметры должны быть также определены в WPS.

Любая механическая и/или химическая обработка.

Приложение А (справочное)

Примеры технических требований к процедуре сварки

А.1 Лазерная сварка

Код технических требований к процедуре сварки WPS:

- машина для лазерной сварки:

- качество луча [К. Л4 2 или ВРР (см. ISO/TR 17671-6)]:

- система фокусировки луча:

подавления плазмы газом:

- система подачи защитного газа:

- система подачи присадочного материала: Технические требования к основному материалу: 1:

Требования к лазерной сварке

ГОСТ ISO 15614-11-2016

Технические требования и аттестация процедур сварки металлических материалов

ПРОВЕРКА ПРОЦЕДУРЫ СВАРКИ

Электронно-лучевая и лазерная сварка

Specification and qualification of welding procedures for metallic materials. Welding procedure test. Part 11. Electron and laser beam welding

Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"

1 ПОДГОТОВЛЕН Обществом с ограниченной ответственностью "Национальная экспертно-диагностическая компания" (ООО "НЭДК"), Обществом с ограниченной ответственностью "Научно-Техническое Объединение "ИРЭ-Полюс" (ООО НТО "ИРЭ-Полюс") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 5

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 364 "Сварка и родственные процессы"

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 27 сентября 2016 г. N 91-П)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97

Код страны по
МК (ИСО 3166) 004-97

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 18 августа 2017 г. N 930-ст межгосударственный стандарт ГОСТ ISO 15614-11-2016 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июня 2018 г.

5 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ISO 15614-11:2002* "Технические требования и аттестация процедур сварки металлических материалов. Провека процедуры сварки. Часть 11. Электронно-лучевая и лазерная сварка" ("Specification and qualification of welding procedures for metallic materials - Welding procedure test - Part 11: Electron and laser beam welding", IDT).

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ 1.5 (подраздел 3.6).

Международный стандарт разработан Европейским комитетом по стандартизации (CEN) в сотрудничестве с Техническим комитетом по стандартизации ISO/TC 44 "Сварка и родственные процессы", Подкомитет SC 10.

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

7 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Май 2020 г.

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему на территории указанных выше государств публикуется в указателях национальных стандартов, издаваемых в этих государствах, а также в сети Интернет на сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации.

В случае пересмотра, изменения или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации в каталоге "Межгосударственные стандарты"

Международный стандарт ISO 15614 состоит из следующих частей под общим наименованием "Технические требования и аттестация процедур сварки металлических материалов. Проверка процедуры сварки":

- Часть 1. Дуговая и газовая сварка сталей, и дуговая сварка никеля и никелевых сплавов;

- Часть 2. Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов;

- Часть 3. Сварка плавлением нелегированного и низколегированного чугуна;

- Часть 4. Сварка алюминиевого литья;

- Часть 5. Дуговая сварка титана, циркония и их сплавов;

- Часть 6. Дуговая и газовая сварка меди и ее сплавов;

- Часть 7. Наплавка;

- Часть 8. Сварка труб с соединениями "труба - пластина";

- Часть 10. Гипербарическая сухая сварка;

- Часть 11. Электронно-лучевая и лазерная сварка;

- Часть 12. Точечная, шовная и рельефная сварка;

- Часть 13. Контактная стыковая сварка сопротивлением и оплавлением;

- Часть 14. Лазерно-дуговая гибридная сварка сталей, никеля и никелевых сплавов.

Настоящий стандарт устанавливает порядок проведения аттестации для технических требований к электронно-лучевой и лазерной сварке путем проверки процедуры сварки.

Настоящий стандарт - это часть серии стандартов, данные по которой приведены в ISO 15607, приложение А.

Настоящий стандарт определяет условия проведения проверки и область распространения аттестации процедур сварки для всех практических процедур сварки в пределах диапазонов, представленных в разделе 8.

Проверки должны быть проведены в соответствии с требованиями настоящего стандарта вместе с дополнительными проверками, если они установлены.

Настоящий стандарт распространяется на процессы сварки металлических материалов, независимо от формы, толщины деталей, способа производства (прокатка, горячая штамповка, литье, спекание и т.д.) и их термообработки. Настоящий стандарт распространяется на изготовление и ремонт.

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие документы*. Для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного документа, для недатированных - последнее издание (включая все изменения).

EN 571-1, Non destructive testing - Penetrant testing - Part 1: General principles (Неразрушающий контроль. Контроль проникающими веществами. Часть 1. Основные положения)

Заменен на EN ISO 3452-1:2014.

EN 895, Destructive tests on welds in metallic materials - Transverse tensile test (Разрушающие испытания сварных соединений металлических материалов. Испытания на поперечное растяжение)

Заменен на EN ISO 4136:2013.

EN 910, Destructive tests on welds in metallic materials - Bend tests (Разрушающие испытания сварных соединений металлических материалов. Испытания на изгиб)

Заменен на EN ISO 5173:2012.

EN 970, Non-destructive examination of fusion welds - Visual examination (Неразрушающий контроль соединений, полученных сваркой плавлением. Визуальный контроль)

Заменен на EN ISO 17637:2017.

EN 1043-2, Destructive test on welds in metallic materials - Hardness test - Part 2: Micro hardness testing on welded joints (Разрушающие испытания сварных соединений металлических материалов. Определение твердости. Часть 2. Определение микротвердости)

Заменен на EN ISO 9015-2:2016.

EN 1290, Non-destructive examination of welds - Magnetic particle examination of welds (Неразрушающий контроль сварных соединений. Магнитопорошковый метод)

Заменен на EN ISO 17638:2017.

EN 1321, Destructive tests on welds in metallic materials - Macroscopic and microscopic examination of welds (Разрушающие испытания сварных соединений металлических материалов. Макроскопические и микроскопические исследования)

Заменен на EN ISO 17639:2013.

EN 1435, Non-destructive examination of welds - Radiographic examination of welded joints (Неразрушающий контроль сварных соединений. Радиографический контроль)

Заменен на EN ISO 17636-1:2013, EN ISO 17636-2:2013.

EN 1714, Non destructive examination of welds - Ultrasonic examination of welded joints (Неразрушающий контроль сварных соединений. Ультразвуковой контроль)

ГОСТ EN 1011-6-2017

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СВАРКЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Часть 6 Лазерная сварка

Welding. Recommendations for welding of metallic materials. Part 6. Laser beam welding

Дата введения 2019-03-01

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-2015 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2015 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"

1 ПОДГОТОВЛЕН Обществом с ограниченной ответственностью "Национальная экспертно-диагностическая компания" (ООО "НЭДК") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 5

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 30 ноября 2017 г. N 52)

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 23 октября 2018 г. N 823-ст межгосударственный стандарт ГОСТ EN 1011-6-2017 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 марта 2019 г.

5 Настоящий стандарт идентичен европейскому стандарту EN 1011-6:2005* "Сварка. Рекомендации по сварке металлических материалов. Часть 6. Лазерная сварка" ("Welding - Recommendation for welding of metallic materials - Part 6: Laser beam welding", IDT).

Европейский стандарт разработан Техническим комитетом CEN/TC 121 "Сварка".

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных европейских стандартов соответствующие им межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Серия стандартов EN 1011 под общим наименованием "Сварка. Рекомендации по сварке металлических материалов" состоит из следующих частей:

- часть 1. Общее руководство для дуговой сварки;

- часть 2. Дуговая сварка ферритных сталей;

- часть 3. Дуговая сварка коррозионностойких сталей;

- часть 4. Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов;

- часть 5. Сварка плакированных сталей;

- часть 6. Лазерная сварка;

- часть 7. Электронно-лучевая сварка;

- часть 8. Сварка чугуна.

Настоящий стандарт устанавливает требования для лазерной сварки и связанных с ней процессов обработки металлических материалов для всех видов изделий (например, литых, штампованных, экструдированных, кованых).

Примечание - Некоторые рекомендации по резке, сверлению, обработке поверхности и плакированию лазерным лучом приведены в приложении F.

Для применения настоящего стандарта необходимы следующие ссылочные стандарты*. Для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного стандарта, для недатированных ссылок применяют последнее издание ссылочного стандарта (включая все изменения к нему):

* Таблицу соответствия национальных стандартов международным см. по ссылке. - Примечание изготовителя базы данных.

EN ISO 3834-2, Quality requirements for fusion welding of metallic materials - Part 2: Comprehensive quality requirements (ISO 3834-2:2005) [Требования к качеству выполнения сварки плавлением металлических материалов. Часть 2. Общие требования к качеству (ISO 3834-2:2005)]

EN ISO 3834-5, Quality requirements for fusion welding of metallic materials - Part 5: Documents with which it is necessary to confirm to claim conformity to the quality requirements of ISO 3834-2, ISO 3834-3 or ISO 3834-4 (ISO 3834-5:2005) [Требования к качеству выполнения сварки плавлением металлических материалов. Часть 5. Документы, требования которых нужно выполнять для того, чтобы подтвердить соответствие требованиям ISO 3834-2, ISO 3834-3 или ISO 3834-4 (ISO 3834-5:2005)]

Заменен на ISO 3834-5:2015 "Требования к качеству выполнения сварки плавлением металлических материалов. Часть 5. Документы, требования которых нужно выполнять для того, чтобы подтвердить соответствие требованиям ISO 3834-2, ISO 3834-3 или ISO 3834-4".

EN ISO 11145:2001, Optics and optical instruments - Lasers and laser-related equipment - Vocabulary and symbols (ISO 11145:2001 EN ISO 15609-4, Specification and qualification of welding procedures for metallic materials - Welding procedure specification - Part 4: Laser beam welding (ISO 15609-4:2004

В настоящем стандарте применены термины в соответствии с EN ISO 11145:2001.

4 Здоровье, безопасность и охрана окружающей среды

Общий перечень документов по охране окружающей среды при сварке и родственных процессах подготовлен CEN/TC 121. Он охватывает и применение лазерных процессов.

Процессы с применением лазерного луча представляют дополнительную опасность сверх той, которая возникает при дуговой сварке. Следует соблюдать специальные рекомендации (см., например, EN 60825-1 и EN ISO 11553-1).

Требования безопасности, связанные с применением промышленных роботов для манипуляций фокусировочными устройствами и/или подлежащими сварке элементами, приведены в EN 775.

5 Требования к качеству

Лазерная сварка является сложным процессом, требующим детального контроля. Все процессы выполняются с применением числового программного управления, требующего программирования каждой отдельной операции. Они должны контролироваться в соответствии с требованиями EN ISO 3834-2 и EN ISO 3834-5.

Примечание - Это не относится к требованиям к контролю при сертификации, но процесс контроля должен удовлетворять требованиям EN ISO 3834-2 и EN ISO 3834-5.

Условием для эффективного управления процессом сварки являются требования к геометрии соединений и другие требования, которые должны быть определены до начала производства. Ряд стандартов определяют геометрию сварных соединений и соответствующие критерии качества и могут быть применены как справочные.

Лазерная сварка

Сущность и основные преимущества сварки лазерным лучом

При облучении поверхности тела светом энергия квантов (порций) света поглощается этой поверхностью. Образуется теплота, температура поверхности повышается. Если световую энергию сконцентрировать на малом участке поверхности, можно получить высокую температуру. На этом основана сварка световым лучом оптического квантового генератора — лазера.

Что такое лазер

Термин «лазер» происходит от первых букв английской фразы: «Light amplification by the stimulated emission of radiation». Перевод: «Усиление света посредством индуцирования эмиссии излучения». За теоретическим обоснование и разработкой лазеров стоят трое ученых: академик Н. Г. Басов, академик А. М. Прохоров и американский физик Ч.Таунс. В 1964 году это открытие принесло им Нобелевскую премию.

Академик Басов охарактеризовал лазер так: «Это устройство, в котором энергия, например тепловая, химическая, электрическая, преобразуется в энергию электромагнитного поля — лазерный луч. При таком преобразовании часть энергии неизбежно теряется, но важно то, что полученная в результате лазерная энергия обладает несравненно более высоким качеством. Качество лазерной энергии определяется её высокой концентрацией и возможностью передачи на значительное расстояние».

Виды и принцип работы лазера

Основные элементы лазера — это генератор накачки и активная среда. По активным средам различают твердотельные, газовые и полупроводниковые лазеры.

Твердотельные лазеры

В твердотельных лазерах (рис. 1) в качестве активной среды чаще всего применяют стержни из розового рубина — окиси алюминия А12О3 с примесью ионов хрома Сг3+ (до 0,05%). При облучении ионы хрома переходят в другое энергетическое состояние — возбуждаются — и затем отдают запасенную энергию в виде света. На торцах рубинового стержня нанесен слой отражающего вещества (например, серебра) так, что с одного конца образовано непрозрачное, а с другого — полупрозрачное зеркало. Излучение ионов хрома, отражаясь от этих зеркал, циркулирует параллельно оптической оси стержня, возбуждая новые ионы, — идет лавинообразный процесс.

Происходит бурное выделение лучистой энергии, которая излучается параллельным пучком через полупрозрачное зеркало и фокусируется линзой в месте сварки. Выходная мощность твердотельных лазеров достигает 107 Вт при сечении луча менее 1 см2. В фокусе достигается громадная концентрация энергии, позволяющая получать температуру до миллиона градусов.

Рис. 1. Схема твердотельного лазера:
1 — рубиновый стержень; 2 — генератор накачки; 3 — отражатель; 4 — непрозрачное зеркало; 5 — охлаждающая среда; 6 — источник питания; 7 — полупрозрачное зеркало; 8 — световой луч; 9 — фокусирующая линза; 10 — обрабатываемые детали

При работе в импульсном режиме существенный недостаток твердотельного лазера — низкий КПД (0,01…2,0%). Более высокую мощность и больший КПД обеспечивают лазеры, работающие в непрерывном режиме. Например, твердотельный лазер на алюмоиттриевом гранате, активированном атомами неодима (приблизительно 1%).

Газовые лазеры

Ещё более высокий КПД и мощность у газовых лазеров. В качестве активной среды в них применяют чаще всего СО2 или смесь газов. Генераторами накачки могут служить искровые разрядники или электронный луч.

Типичная конструкция газового лазера — это заполненная газом трубка, ограниченная с двух сторон строго параллельными зеркалами: непрозрачным и полупрозрачным (рис. 2). В результате электрического разряда между введенными в трубку электродами возникают быстрые электроны, которые возбуждают газовые молекулы. Возвращаясь в стабильное состояние, эти молекулы образуют кванты света так же, как и в твердотельном лазере. Газовые лазеры могут работать в непрерывном режиме. Для сварки используют твердотельные и газовые лазеры импульсного и непрерывного действия.

Рис. 2. Схема газового лазера:
1 — разрядная трубка; 2 — непрозрачное зеркало; 3 — источник питания; 4 — вакуумный насос; 5 — полупрозрачное зеркало

Как проходит процесс лазерной сварки

Лазерную сварку производят на воздухе или в среде защитных газов: аргона, СО2. Вакуум, как при электронно-лучевой сварке, здесь не нужен, поэтому лазерным лучом можно сваривать крупногабаритные конструкции.

Лазерный луч легко управляется и регулируется с помощью зеркальных оптических систем, легко транспортируется и направляется в труднодоступные для других способов места. В отличие от электронного луча и электрической дуги на него не влияют магнитные поля, что обеспечивает стабильное формирование шва.

Лазерная сварка отличается высокой концентрацией энергии в пятне диаметром 0,1 мм и менее. Для нее характерны небольшой объем сварочной ванны, малая ширина зоны термического влияния, высокие скорости нагрева и охлаждения. На практике это означает, что лазерная сварка обеспечивает технологическую прочность сварных соединений, небольшие деформации сварных конструкций. Например, лазерная сварка вилки с карданным валом автомобиля увеличивает срок службы карданной передачи в три раза по сравнению с дуговой сваркой. Главные факторы: площадь сечения сварного шва уменьшается более чем вдвое, а время сварки — в несколько раз. Деформации вилки, вызывающие преждевременный износ, практически отсутствуют.

Основные энергетические характеристики процесса лазерной сварки — это плотность Е мощности лазерного излучения и длительность t его действия. При непрерывном излучении t определяется продолжительностью времени экспонирования, а при импульсном — длительностью импульса. Превышение верхнего предела Е вызывает интенсивное объемное кипение и испарение металла. Это приводит к выбросам металла и дефектам шва. На практике лазерную сварку ведут при Е=106…107 Вт/см2. При Е < 105 Вт/см2 лазерное излучение теряет свое основное достоинство — высокую концентрацию энергии. Изменение Е и t позволяет сваривать лазерным лучом различные конструкционные материалы с толщиной от нескольких микрометров до десятков миллиметров.

Скорость лазерной сварки непрерывным излучением в несколько раз превышает скорости традиционных способов сварки плавлением. Например, стальной лист толщиной 20 мм электрической дугой сваривают со скоростью 15 м/ч за 5…8 проходов, ширина шва получается 20 мм. Непрерывным лазерным лучом этот лист сваривается со скоростью 100 м/ч за 1 проход при ширине шва в 5 мм. Однако лазерная сварка импульсным излучением по скорости сопоставима с традиционными способами сварки.

Технологические особенности процесса лазерной сварки

Лазерную сварку можно производить со сквозным и с частичным проплавлением. Сварные швы одинаково хорошо формируются в любом пространственном положении. При толщине свариваемых кромок менее 0,1 мм и при сварке больших толщин с глубоким проплавлением формирование шва происходит по-разному.

Подходы к выбору параметров режима сварки тоже различаются. При сварке малых толщин непрерывным или импульсным излучением используют более мягкие режимы, которые обеспечивают расплавление металла только в стыке деталей — без перегрева до температуры интенсивного испарения. Сварку сталей и других относительно малоактивных металлов можно в этом случае выполнять без дополнительной защиты зоны нагрева, что существенно упрощает технологию. При этом сварку с глубоким проплавлением ведут с защитой шва газом, состав которого подбирают в зависимости от свариваемого материала.

Сварка импульсным излучением

Основные параметры режима импульсной лазерной сварки — это энергия и длительность импульсов, диаметр сфокусированного излучения, частота следования импульсов, положение фокального пятна относительно поверхности свариваемых деталей.

Правильная длительность лазерного импульса

Длительность лазерного импульса должна соответствовать тепловой постоянной времени для данного материала. Ее можно приближенно определить по формуле:

где δ и α — соответственно толщина и коэффициент температуропроводности свариваемого материала.

Значения τ для тонких деталей (δ = 0,1…0,2 мм) составляют несколько миллисекунд. Поэтому для меди длительность импульса будет в районе 0,0001…0,0005 с, для алюминия — 0,0005…0,002 с, для сталей — 0,005…0,008 с. При увеличении δ более 1,0 мм τ возрастает и может значительно превосходить достижимую длительность лазерных импульсов. Поэтому лазерная сварка металлов толщиной более 1,0 мм импульсным излучением затруднена.

Правильный диаметр сфокусированного излучения

Диаметр сфокусированного излучения d определяет площадь нагрева и плотность мощности Е. При сварке d изменяют от 0,05 до 1,0 мм путем расфокусировки луча. При этом фокальную плоскость, на которой сфокусированный световой пучок имеет наименьший диаметр, располагают выше или ниже поверхности свариваемых деталей.

Сварной шов при импульсном излучении

Сварной шов при импульсном излучении образуется наложением сварных точек с их взаимным перекрытием на 30…90% в зависимости от типа сварного соединения и требований к нему.

Промышленные сварочные установки с твердотельными лазерами позволяют вести шовную сварку со скоростью до 5 мм/с при частоте импульсов до 20 Гц. Сварку можно вести с присадочным материалом в виде проволоки диаметром менее 1,5 мм, ленты или порошка.

Присадка позволяет увеличить сечение шва, устраняя один из наиболее распространенных дефектов — ослабление шва, а также легировать металл шва. Легирующие элементы при лазерной сварке можно также наносить предварительно на поверхности свариваемых кромок напылением, обмазкой, электроискровым способом и т.п.

Лазерная сварка деталей разной толщины

Наиболее распространена лазерная сварка импульсным излучением в электронной и электротехнической промышленности, где сваривают угловые, нахлесточные и стыковые соединения тонкостенных деталей. Хорошее качество соединений обеспечивается сваркой лазерным лучом тонких деталей (0,05…0,5 мм) с массивными. Когда свариваемые детали значительно отличаются по толщине, луч смещают на массивную деталь, чем выравнивают температурное поле и достигают равномерного проплавления обеих деталей. Чтобы снизить разницу в условиях нагрева и плавления таких деталей, толщину массивной детали в месте стыка уменьшают, делая на ней бурт, технологическую отбортовку или выточку (рис. 3).

При лазерной сварке нагрев и плавление металла происходят так быстро, что деформация тонкой кромки может не успеть произойти до того, как металл затвердеет. Это позволяет сваривать тонкую деталь с массивной внахлестку. Для этого надо, чтобы при плавлении тонкой кромки и участка массивной детали под ней образовалась общая сварочная ванна. Это можно сделать, производя сварку по кромке отверстия в тонкой детали или по её периметру.

Рис. 3. Сварные соединения деталей разной толщины:
а — по бурту на массивной и отбортовке на тонкой детали; б — тавровое соединение; в — по кромке выточки в массивной детали; г — по отверстию в тонкой детали. Стрелками показано направление лазерного луча

Детали малой толщины можно сваривать также газовыми и твердотельными лазерами непрерывного действия мощностью до 1 кВ-А. Лучше всего формируется шов при стыковом соединении тонких деталей. Однако при сборке таких соединений под лазерную сварку предъявляются более жесткие требования: должен быть обеспечен минимальный и равномерный зазор в стыке и практически полное отсутствие смещения кромок.

Сложнее формируется шов при сварке деталей толщиной более 1,0 мм с глубоким проплавлением. Как только плотность мощности лазерного излучения станет больше критической, скорость нагрева металла значительно превысит скорость отвода теплоты в основной металл за счет теплопроводности. На поверхности жидкого металла под действием реакции образуется углубление. Увеличиваясь, оно образует канал, заполненный паром и окруженный жидким металлом. Давления пара оказывается достаточно для противодействия силам гидростатического давления и поверхностного натяжения, и полость канала не заполняется жидким металлом.

При некоторой скорости сварки форма канала приобретает динамическую устойчивость. На передней его стенке происходит плавление металла, на задней — затвердевание. Наличие канала способствует поглощению лазерного излучения в глубине свариваемого материала, а не только на его поверхности. Формируется так называемое «кинжальное проплавление». При этом образуется узкий шов с большим соотношением глубины проплавления к ширине шва.

Сварочная ванна при лазерной сварке

Сварочная ванна (рис. 4) имеет характерную форму, вытянутую в направлении сварки. В головной части ванны расположен канал (кратер) 3. Это область наиболее яркого свечения. На передней стенке канала существует слой расплавленного металла, испытывающий постоянные возмущения. Здесь наблюдается характерное искривление передней стенки в виде ступеньки, которая периодически перемещается по высоте канала.

Удаление расплавленного металла с передней стенки осуществляется при перемещении ступеньки сверху вниз. Перенос расплавленного металла из головной части ванны в хвостовую происходит по боковым стенкам в горизонтальном направлении. В хвостовой части ванны 4 расплавленный металл завихряющимися потоками поднимается вверх и частично выносится на поверхность сварочной ванны. При образовании канала 3 над поверхностью металла появляется светящийся факел 2 из продуктов испарения, частиц конденсированного пара и мелких, выбрасываемых из ванны капель металла.

Рис. 4. Схема сварочной ванны при лазерной сварке:
1 — лазерный луч; 2 — плазменный факел; 3 — парогазовый канал; 4 — хвостовая часть ванны; 5 — металл шва; 6 — свариваемый металл; V_св — направление сварки

Скорость сварки и проплавляющая способность

При значительной скорости сварки факел отклоняется на 20…600 в сторону, противоположную направлению сварки. Этот факел поглощает часть энергии луча и снижает его проплавляющую способность.

При сварке деталей толщиной более 1,0 мм на проплавляющую способность луча в первую очередь влияет мощность излучения. Поскольку сварка таких деталей ведется при непрерывном излучении, то к основным параметрам режима здесь относится и скорость сварки. При выбранном значении мощности излучения скорость сварки определяют исходя из особенностей формирования шва: минимальное значение скорости ограничено отсутствием кинжального проплавления, а максимальное — ухудшением формирования шва, появлением пор, непроваров. Скорость сварки может достигать 90…110 м/ч.

Фокусировка луча и качество сварных швов

На качество сварных швов влияет фокусировка луча. Для сварки луч фокусируют в пятно диаметром 0,5…1,0 мм. При меньшем диаметре повышенная плотность мощности приводит к перегреву расплавленного металла, усиливает его испарение — появляются дефекты шва. При диаметре более 1,0 мм снижается эффективность процесса сварки. Формирование шва зависит также от положения фокальной плоскости относительно поверхности свариваемых деталей. Максимальная глубина проплавления достигается, если фокус луча будет находиться над поверхностью детали.

Два процесса проплавления металла

Форма сварочной ванны в продольном сечении также отличается от её формы при дуговой сварке (рис. 5). На поверхности фронта кристаллизации имеется выступ, который делит ванну на две характерные части. Нижняя часть значительно заглублена и имеет малую протяженность в поперечном сечении, тогда как верхняя часть более широкая и вытянута вдоль шва.

Отсюда очевидно, что при лазерной сварке имеют место два процесса проплавления металла. Первый процесс связан с образованием канала, как это было показано выше. Именно он обеспечивает эффект глубокого проплавления. Второй процесс — поверхностное плавление за счет теплопроводности свариваемого материала. Преимущественное развитие того или иного процесса зависит от режима сварки и определяет очертания сварочной ванны.

Рис. 5. Продольное сечение сварочной ванны

Качество, защита шва и дефекты при лазерной сварке

Для лазерной сварки характерны высокая концентрация энергии, большая скорость по сравнению с дуговыми способами, незначительное тепловое воздействие на околошовную зону из-за высоких скоростей нагрева и охлаждения металла. Эти факторы существенно повышают сопротивляемость большинства конструкционных материалов образованию горячих и холодных трещин. Поэтому можно достичь высокого качества сварных соединений из материалов, плохо свариваемых другими способами сварки. Деформации сваренных деталей существенно (до десяти раз) снижаются, что уменьшает затраты на правку.

При лазерной сварке с глубоким проплавлением металл шва защищают от окисления, подавая через сопло в зону сварки защитный газ. Для этого применяют специальные сопла (рис. 6). При сварке алюминия, титана и других высокоактивных металлов требуется дополнительная защита корня шва. Для защиты используют те же газы, что и при дуговой сварке — чаще это аргон, гелий или их смеси. Защитные газы влияют на эффективность проплавления: чем выше потенциал ионизации и теплопроводность газа, тем она больше. Качественную защиту можно обеспечить при расходе гелия 0,0005…0,0006 м3/с, аргона 0,00015…0,0002 м3/с, смеси, состоящей из 50% аргона и 50% гелия, — 0,00045…0,0005 м3/с. Для защиты зоны лазерной сварки можно использовать флюсы такого же состава, что и при дуговой сварке. Применяют их в виде обмазок, наносимых на свариваемые кромки.

Рис. 6. Схемы защитных сопел:
а — при сварке деталей малой толщины; б — при сварке с глубоким проплавлением; 1 — лазерный луч; 2 — свариваемые детали

Наиболее часто встречающиеся дефекты при лазерной сварке больших толщин — это неравномерность проплавления корня шва и наличие полостей в шве. Для снижения вероятности образования пиков проплавления при сварке с несквозным проплавлением рекомендуют повышать скорость сварки и отклонять лазерный луч от вертикали на 15… 17° по направлению движения. Тогда дефектов можно избежать, и лазерная сварка показывает себя еще более надежным решением на производстве.

Для плазменной дуги характерны крайне высокая температура (до 30000 °С) и широкий диапазон регулирования технологических свойств.

Газопламенная обработка металлов — это ряд технологических процессов, связанных с обработкой металлов высокотемпературным газовым пламенем.

Электронно-лучевая сварка использует кинетическую энергию потока электронов, движущихся с высокими скоростями в вакууме.

Сварка трением это разновидность сварки давлением, при которой нагрев осуществляется трением, вызванным перемещением (вращением) одной из соединяемых частей свариваемого изделия.

При сварке токами высокой частоты (ТВЧ) изделие перед сварочным узлом формируется в виде заготовки с V-образной щелью между свариваемыми кромками.

Холодная сварка — способ соединения деталей при комнатной (и даже отрицательной) температуре, без нагрева внешними источниками.

Читайте также: