EA028399B1 - Method for laser welding of parts made of dissimilar metals - Google Patents
Method for laser welding of parts made of dissimilar metals Download PDFInfo
- Publication number
- EA028399B1 EA028399B1 EA201500289A EA201500289A EA028399B1 EA 028399 B1 EA028399 B1 EA 028399B1 EA 201500289 A EA201500289 A EA 201500289A EA 201500289 A EA201500289 A EA 201500289A EA 028399 B1 EA028399 B1 EA 028399B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- welding
- weld
- laser
- dissimilar metals
- distance
- Prior art date
Links
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам сварки разнородных металлов лазерным излучением и может быть использовано в том числе в областях автомобиле- и машиностроения.The invention relates to methods for welding dissimilar metals by laser radiation and can be used, inter alia, in the fields of automobile and mechanical engineering.
Известен способ сварки металлических листов различной толщины [1], при котором металлические пластины устанавливают встык и сваривают лазерным лучом. В процессе сварки луч лазера движется по траектории, смещенной относительно стыка в сторону толстого листа. Величина смещения составляет 0,1...0,4 мм от стыка листов. В процессе лазерной сварки на первом этапе происходит плавление кромки более толстого листа, а кромка тонкого листа кратковременно служит подушкой для расплава и может быть использована для вдавливания в расплав, что снижает требования к точности разделки (пригонки) кромок свариваемых листов.A known method of welding metal sheets of various thicknesses [1], in which metal plates are installed end-to-end and welded with a laser beam. During welding, the laser beam moves along a path that is offset relative to the joint towards a thick sheet. The offset value is 0.1 ... 0.4 mm from the junction of the sheets. In the laser welding process, at the first stage, the edge of the thicker sheet is melted, and the edge of the thin sheet serves as a cushion for the melt for a short time and can be used to press it into the melt, which reduces the requirements for the accuracy of cutting (fitting) the edges of the sheets to be welded.
Указанный способ не может быть использован при сварке листов разнородных металлов одинаковой толщины, так как со сдвигом точки фокусировки от сварного шва имеет место неравномерный прогрев зоны сварного шва вследствие разных условий теплоотвода в глубине и на поверхности свариваемых листов. Это, как правило, приводит к перегреву отдельных зон сварного шва, формированию неоптимальной структуры, образованию пор и других дефектов, снижающих прочность сварного соединения.This method cannot be used when welding sheets of dissimilar metals of the same thickness, since with a shift of the focus point from the weld, uneven heating of the weld zone occurs due to different heat removal conditions in the depth and on the surface of the welded sheets. This, as a rule, leads to overheating of individual zones of the weld, the formation of a non-optimal structure, the formation of pores and other defects that reduce the strength of the welded joint.
Наиболее близким к заявляемому является способ лазерной сварки деталей из разнородных металлов [2], при котором плоскость стыкового соединения выполняют наклонной по касательной к сегменту зоны термического влияния сварного шва, а лазерное излучение фокусируют на более тугоплавкий металла на расстоянии от стыковой плоскости, при этом угол наклона плоскости стыкового соединения и расстояние фокусировки рассчитывают из условия испарения легкоплавкого металла и проводят сварку металлов в режиме сварки проводимостью.Closest to the claimed is a method of laser welding of parts of dissimilar metals [2], in which the butt joint plane is oblique tangentially to the segment of the heat affected zone of the weld, and the laser radiation is focused on a more refractory metal at a distance from the butt plane, while the angle the inclination of the plane of the butt joint and the focusing distance are calculated from the condition of evaporation of the low-melting metal and the metals are welded in conduction welding mode.
Недостатком прототипа является то, что при осуществлении способа лазерную сварку проводят в режиме сварки проводимостью, который характеризуется пониженными скоростями сварки, а полученные швы имеют малое соотношение глубины к ширине. Кроме того, наклонная плоскость сварки может приводить к разнопрочности сварного соединения в разных направлениях.The disadvantage of the prototype is that when implementing the method, laser welding is carried out in the conductivity welding mode, which is characterized by reduced welding speeds, and the resulting seams have a small ratio of depth to width. In addition, the inclined plane of the weld can lead to different strengths of the welded joint in different directions.
Задачей, решаемой изобретением, является повышение скоростей сварки, увеличение соотношения глубины к ширине сварного шва, снижение разнопрочности сварного соединения в разных направлениях.The problem solved by the invention is to increase the welding speed, increase the ratio of depth to width of the weld, reduce the strength of the welded joint in different directions.
Поставленная задача достигается тем, что в способе лазерной сварки деталей из разнородных металлов, при котором лазерное излучение фокусируют на более тугоплавкий металл на расстоянии от стыковой поверхности, предварительно на образце тугоплавкого металла определяют режимы сварки, обеспечивающие кинжальное проплавление, конфигурацию шва в поперечном сечении, в соответствии с которой выполняют разделку кромок, затем проводят сварку, фокусируя лазерное излучение на расстоянии от стыковой поверхности, обеспечивающим примыкания ванны расплава к стыку.The problem is achieved in that in the method of laser welding of parts made of dissimilar metals, in which the laser radiation is focused on a more refractory metal at a distance from the butt surface, the welding modes that provide dagger penetration, the configuration of the weld in the cross section are determined on a sample of refractory metal, according to which the edges are cut, then welding is carried out, focusing the laser radiation at a distance from the butt surface, ensuring the adjoining bath asplava to the joint.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема сварки.The invention is illustrated by the drawing, which shows the welding circuit.
При осуществлении заявленного способа в процессе лазерной сварки в режиме кинжального проплавления ванна 1 расплава формируется в зоне фокусировки лазерного луча 2 на тугоплавком металле 3. К ванне расплава примыкает зона плавления более легкоплавкого металла 4. За счет теплопроводности происходит плавление более легкоплавкого металла 4, частичное перемешивание расплава и при кристаллизации образование прочного сварного соединения. Конфигурация зоны расплава в поперечном сечении при оптимальном режиме является прямолинейной в центральной части с расширением в нижней и верхней зонах, что связано с ухудшением теплоотвода в этих областях.When implementing the inventive method in a laser welding process in the dagger mode, the melt bath 1 is formed in the focus area of the laser beam 2 on the refractory metal 3. The melting bath is adjacent to the melting zone of the fusible metal 4. Due to the thermal conductivity, the fusible metal 4 is melted, partial mixing melt and during crystallization the formation of a durable weld. The configuration of the melt zone in the cross section under optimal conditions is straightforward in the central part with expansion in the lower and upper zones, which is associated with a deterioration in heat removal in these areas.
Если разделка стыка не эквидистантна ванне расплава, в разных зонах сварного соединения разнородных металлов имеет место существенное различие термических циклов, что снижает качества сварного соединения. Так, при прямолинейной форме стыка и при его положении, соответствующем примыканию к зоне плавления в центральной части, имеет место перегрев зон сварного соединения в верхней и нижней частях (в наибольшей степени перегрев легкоплавкого металла 4), что может приводить к возникновению дефектов сварного шва в указанных зонах, например повышенной пористости, увеличению напряжений, что может привести к образованию холодных и горячих трещин. Если прямолинейный стык находится в зоне примыкания к ванне 1 расплава верхних и нижних частей, то соединение в средней части произойдет в режиме пайки жидкого легкоплавкого металла 4 к твердому тугоплавкому металлу 3 или с минимальным перемешиванием расплавов. Это приводит к увеличенному градиенту свойств в зоне соединения и, как следствие, возникновению высокого уровня остаточных напряжений, что, в свою очередь, способствует снижению прочности сварного соединения или образованию трещин.If the butt joint is not equidistant to the molten bath, in different zones of the welded joint of dissimilar metals there is a significant difference in thermal cycles, which reduces the quality of the welded joint. So, with the rectilinear shape of the joint and with its position corresponding to adjoining the melting zone in the central part, there is an overheating of the welded joint zones in the upper and lower parts (the overheating of the low-melting metal 4 is most severe), which can lead to defects in the weld in these zones, for example, increased porosity, increased stress, which can lead to the formation of cold and hot cracks. If the rectilinear joint is in the area adjacent to the bath 1 of the melt of the upper and lower parts, then the connection in the middle part will occur in the soldering mode of the liquid low-melting metal 4 to the solid refractory metal 3 or with minimal mixing of the melts. This leads to an increased gradient of properties in the joint zone and, as a consequence, the appearance of a high level of residual stresses, which, in turn, helps to reduce the strength of the welded joint or cracking.
При смещении точки фокусировки лазерного луча 2 на расстояние 5 от стыка свариваемых металлов, выполненного по предлагаемой конфигурации, меньше заявляемого, происходит перегрев расплава легкоплавкого металла 4, что приводит к его интенсивному испарению, образованию пор в сварном соединении, снижению его прочности.When the focus point of the laser beam 2 is shifted by a distance of 5 from the junction of the metals being welded, made according to the proposed configuration, less than the claimed one, the melt of the low-melting metal 4 overheats, which leads to its intense evaporation, pore formation in the welded joint, and a decrease in its strength.
При смещении точки фокусировки лазерного луча на расстояние 5 от стыка свариваемых металлов, выполненного по предлагаемой конфигурации, больше заявляемого, имеет место непровар, а при плавлении более легкоплавкого металла 4 происходит его припайка к тугоплавкому металлу 3, что приводит к снижению прочности соединения или образованию трещин.When the focus point of the laser beam is shifted by a distance of 5 from the junction of the metals being welded, made according to the proposed configuration, more than the claimed one, lack of fusion occurs, and when melting the more fusible metal 4, it is soldered to the refractory metal 3, which leads to a decrease in the joint strength or cracking .
- 1 028399- 1 028399
ПримерыExamples
Сварку проводили согласно заявляемому способу и по способу прототипу.Welding was carried out according to the claimed method and the prototype method.
При сварке встык по обоим способам применялись образцы углеродистой стали Тпл=1490°С и медно-никелевого сплава Тпл=1200°С толщиной 2 мм, размером 50x50 мм.For butt welding, both methods used carbon steel samples Tm = 1490 ° C and a copper-nickel alloy Tm = 1200 ° C with a thickness of 2 mm and a size of 50x50 mm.
Сварка проводилась излучением волоконного лазера мощностью 1 кВт (фокусное расстояние колирующей линзы 60 мм, фокусное расстояние фокусирующей линзы 150 мм).Welding was carried out by radiation of a 1 kW fiber laser (focal length of a tinting lens 60 mm, focal length of a focusing lens 150 mm).
При сварке по заявляемому способу на первом этапе производился выбор режимов, обеспечивающих стабильное кинжальное проплавление тугоплавкого металла (углеродистая сталь) при условии отсутствия дефектов, для этого проводили сварку образцов углеродистой стали на различных режимах. Далее для оценки размеров ванны расплава проводили металлографические исследования. Желаемой зоне проплава соответствовали следующие параметры режима: заглубление фокуса 0,7 мм, мощность 1 кВт, скорость сварки 1600 мм/мин. При этом режиме сварки получена следующая конфигурация шва: ширина в верхних и нижних частях 0,8 мм, в центральной части 0,6 мм; протяженность центральной части 0,6 мм, верхней и нижней частей 0,4 мм.When welding according to the claimed method, at the first stage, a selection was made of modes that ensure stable dagger penetration of refractory metal (carbon steel) under the condition that there are no defects; for this, samples of carbon steel were welded in various modes. Further, metallographic studies were performed to evaluate the size of the melt pool. The following mode parameters corresponded to the desired penetration zone: focus deepening 0.7 mm, power 1 kW, welding speed 1600 mm / min. In this welding mode, the following weld configuration was obtained: the width in the upper and lower parts of 0.8 mm, in the central part of 0.6 mm; the length of the central part of 0.6 mm, the upper and lower parts of 0.4 mm
Затем механическим путем проводили разделку стыков тугоплавкого и легкоплавкого металлов в соответствии с полученными размерами, проводили сварку образцов.Then, mechanically, the joints of the refractory and low-melting metals were cut in accordance with the obtained sizes, and the samples were welded.
Сварку по способу прототипа проводили на следующих режимах: заглубление фокуса 8 мм (для достижения плавления проводимостью на волоконном лазере), мощность 1 кВт, скорость 500 мм/мин. Угол разделки (γ=12°) и расстояние от точки фокусировки до стыка (1=1 мм) определены в соответствии с методикой расчета, указанной в способе прототипе.Welding according to the prototype method was carried out in the following modes: focus deepening 8 mm (to achieve melting by conductivity on a fiber laser), power 1 kW, speed 500 mm / min. The angle of cutting (γ = 12 °) and the distance from the focus point to the joint (1 = 1 mm) are determined in accordance with the calculation method specified in the prototype method.
Прочность соединений, сваренных по способу прототипу и заявляемому способу, определяли на излом при зажатии образца в тисках и создании изгибающего усилия с помощью динамометрического ключа.The strength of the joints welded by the method of the prototype and the claimed method, was determined at kink when clamping the sample in a vise and creating a bending force using a torque wrench.
Качество сварного соединения на предмет отсутствия пор и трещин проверяли металлографически с помощью микроскопа Микро 2000.The quality of the welded joint for the absence of pores and cracks was checked metallographically using a Micro 2000 microscope.
Результаты испытаний приведены в таблице.The test results are shown in the table.
Как видно из таблицы, прочностные характеристики швов, выраженные в усилии излома образца, полученного по заявляемому способу, соответствуют характеристикам шва, полученного по способу прототипу. Кроме того, таблица демонстрирует влияние соблюдения оптимального расстояния от точки фокусировки до разделки на прочностные характеристике и характер дефектов. Также из режимов обработки видно, что при равных мощностях лазерного источника скорость сварки на указанной толщине для заявляемого способа в 3,2 раза выше в сравнении со способом прототипом. При этом ширина шва и зоны термического влияния существенно меньше. Кроме того, заявленный способ обеспечивает снижение разнопрочности сварного соединения в различных направлениях.As can be seen from the table, the strength characteristics of the seams, expressed in effort to break the sample obtained by the present method, correspond to the characteristics of the seam obtained by the prototype method. In addition, the table shows the effect of maintaining the optimal distance from the focus point to the groove on the strength characteristics and nature of the defects. It is also seen from the processing modes that, with equal powers of the laser source, the welding speed at the specified thickness for the proposed method is 3.2 times higher in comparison with the prototype method. In this case, the width of the seam and the heat affected zone is significantly smaller. In addition, the claimed method provides a reduction in the strength of a welded joint in various directions.
Источники информации.Information sources.
1. МеФоб о£ 1а>ег-\уеМтд те!а1 §Бее1§ Баутд ЛГГегеп! Фюкпезз, патент №5250783, И8, МПК В 23К 26/00, опубликован 05.10.1993.1. MeFob o £ 1a> er- \ yMTd te! A1 §Be1§ Bautd LGGegep! Fukpezz, patent No. 5250783, I8, IPC 23K 26/00, published on October 5, 1993.
2. Способ лазерной сварки деталей из разнородных металлов, патент №2415739, КИ, МПК В 23К 26/40, 9/23, 33/00, опубликован 20.04.2011.2. The patent, KI, MPK V 23K 26/40, 9/23, 33/00, published on 04/20/2011.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EA201500289A EA028399B1 (en) | 2015-02-20 | 2015-02-20 | Method for laser welding of parts made of dissimilar metals |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EA201500289A EA028399B1 (en) | 2015-02-20 | 2015-02-20 | Method for laser welding of parts made of dissimilar metals |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA201500289A1 EA201500289A1 (en) | 2016-08-31 |
EA028399B1 true EA028399B1 (en) | 2017-11-30 |
Family
ID=56797880
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA201500289A EA028399B1 (en) | 2015-02-20 | 2015-02-20 | Method for laser welding of parts made of dissimilar metals |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EA (1) | EA028399B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2763706C1 (en) * | 2021-03-16 | 2021-12-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им.А.Н. Туполева - КАИ" | Method for laser welding of dissimilar metal alloys |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111975201B (en) * | 2020-06-28 | 2022-08-16 | 武汉钢铁有限公司 | Steel strip threading welding method |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7189941B2 (en) * | 2001-12-20 | 2007-03-13 | Linde Aktiengesellschaft | Process for making heterogeneous joints under shielding gas |
RU2357841C2 (en) * | 2006-08-03 | 2009-06-10 | Вячеслав Владимирович Алексеев | Method of inert gas arc welding butt joints of different aluminium alloys |
RU2404887C1 (en) * | 2009-06-09 | 2010-11-27 | Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) | Method of welding materials |
RU2415739C2 (en) * | 2009-06-16 | 2011-04-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Камская государственная инженерно-экономическая академия" | Method of laser welding of parts made of different metals |
WO2012123740A1 (en) * | 2011-03-14 | 2012-09-20 | Allectra Limited | Article with a joint between an aluminium component and a hard metal, the comprising an aluminium bronze transition piece welded to the aluminium component : method of joining such article |
-
2015
- 2015-02-20 EA EA201500289A patent/EA028399B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7189941B2 (en) * | 2001-12-20 | 2007-03-13 | Linde Aktiengesellschaft | Process for making heterogeneous joints under shielding gas |
RU2357841C2 (en) * | 2006-08-03 | 2009-06-10 | Вячеслав Владимирович Алексеев | Method of inert gas arc welding butt joints of different aluminium alloys |
RU2404887C1 (en) * | 2009-06-09 | 2010-11-27 | Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) | Method of welding materials |
RU2415739C2 (en) * | 2009-06-16 | 2011-04-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Камская государственная инженерно-экономическая академия" | Method of laser welding of parts made of different metals |
WO2012123740A1 (en) * | 2011-03-14 | 2012-09-20 | Allectra Limited | Article with a joint between an aluminium component and a hard metal, the comprising an aluminium bronze transition piece welded to the aluminium component : method of joining such article |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2763706C1 (en) * | 2021-03-16 | 2021-12-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им.А.Н. Туполева - КАИ" | Method for laser welding of dissimilar metal alloys |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EA201500289A1 (en) | 2016-08-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Chen et al. | Influence of processing parameters on the characteristics of stainless steel/copper laser welding | |
US10835993B2 (en) | Laser welding method | |
KR102685406B1 (en) | laser welding method | |
JP5024475B1 (en) | Laser welded steel pipe manufacturing method | |
CN105643103B (en) | Laser lap welding method for galvanized steel sheet | |
RU2636425C1 (en) | Method of laser welding of materials having different thicknesses | |
CN112620856A (en) | Pretreatment method before dissimilar metal material welding, dissimilar metal material welding product and welding method thereof | |
DK2954969T3 (en) | MULTI-ELECTRODE ELECTROGAS ELECTROGAS WELDING PROCEDURE FOR THICK STEEL PLATES AND MULTI-ELECTRODE ELECTROGAS PERFERENCE ARC WELDING PROCEDURE FOR STEEL | |
JP5954009B2 (en) | Manufacturing method of welded steel pipe | |
Hajavifard et al. | The effects of pulse shaping variation in laser spot-welding of aluminum | |
RU2637035C1 (en) | Method of hybrid arc augmented laser welding of pipe longitudinal seam | |
JP4797659B2 (en) | Laser welding method | |
EA028399B1 (en) | Method for laser welding of parts made of dissimilar metals | |
JP2011224655A (en) | Method for manufacturing laser welded steel pipe | |
Mathivanan et al. | Laser overlap joining from copper to aluminum and analysis of failure zone | |
RU2653396C1 (en) | Method of manufacturing the t-beam with laser beam | |
JP2005279744A (en) | Butt welding method of different kind of material using high energy beam | |
RU2415739C2 (en) | Method of laser welding of parts made of different metals | |
JP5803160B2 (en) | Laser welded steel pipe manufacturing method | |
CN114309947A (en) | Laser welding method for zirconium-based amorphous metal material and stainless steel material | |
Kalaiselvan et al. | Studies on Ti/Al Sheet Joint Using Laser Beam Welding–A Review | |
Chen et al. | Study on full penetration stability of light alloys sheet laser welding | |
Sahoo et al. | Pulse laser welding of high carbon alloy steel: assessment of melt pool geometry and mechanical performance | |
RU2701262C1 (en) | Method for electron-beam butt welding | |
Yuce et al. | Influence of heat input on mechanical properties and microstructure of laser welded dissimilar galvanized steel-aluminum joints |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU |