RU138245U1

RU138245U1 - INSTALLATION FOR PULSE LASER WELDING IN VACUUM CONDITIONS

Info

Publication number: RU138245U1
Application number: RU2013143596/02U
Authority: RU
Inventors: Евгений Мордухович Табакин; Николай Александрович Костюченко; Геннадий Владимирович Мирошниченко; Александр Николаевич Назаров; Александр Васильевич Каплин
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2014-03-10

Abstract

1. Установка импульсной лазерной сварки в условиях вакуума, содержащая лазерный излучатель, систему фокусировки лазерного излучения, систему позиционирования изделия и блок программного управления, отличающаяся тем, что она снабжена вакуумной камерой, системой ввода лазерного излучения и видеокамерой, причем система позиционирования изделия размещена в вакуумной камере, а лазерный излучатель, система фокусировки лазерного излучения и система позиционирования изделия соединены между собой через блок программного управления, при этом система фокусировки лазерного излучения снабжена видеокамерой, а лазерный излучатель системой ввода лазерного излучения.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что вакуумная камера выполнена со стеклянной проходкой, позволяющей пропускать лазерное излучение без потерь в инфракрасном диапазоне.3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что система позиционирования изделия выполнена в виде устройства с трехкоординатным перемещением и вращением внутри вакуумной камеры.1. Installation of pulsed laser welding in vacuum, containing a laser emitter, a laser focusing system, a product positioning system and a program control unit, characterized in that it is equipped with a vacuum chamber, a laser radiation input system and a video camera, wherein the product positioning system is placed in a vacuum camera, and the laser emitter, the laser focusing system and the product positioning system are interconnected via a program control unit, at The laser focusing system is equipped with a video camera, and the laser emitter has a laser input system. 2. Installation according to claim 1, characterized in that the vacuum chamber is made with a glass penetration, allowing the transmission of laser radiation without loss in the infrared range. Installation according to claim 1, characterized in that the positioning system of the product is made in the form of a device with three-coordinate movement and rotation inside the vacuum chamber.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, может быть использована при изготовлении тонкостенных изделий как общепромышленного применения так и изделий активных зон ядерных ректоров.The utility model relates to the field of mechanical engineering, can be used in the manufacture of thin-walled products as general industrial applications and products of active zones of nuclear reactors.

Для герметизации тонкостенных конструкций активно используются как дуговые (аргонодуговая, микроплазменная сварка) так и лучевые методы сварки (электронно-лучевая сварка, лазерная, сварка световым лучом).For sealing thin-walled structures, both arc (argon-arc, microplasma welding) and beam welding methods (electron-beam welding, laser, light beam welding) are actively used.

Установки для лазерной импульсной сварки активно применяются в электронной технике и микроэлектронике. С их помощью сваривают диоды, транзисторы, полупроводниковые микросхемы и многие другие тонкостенные малогабаритные изделия (Б.Н. Бадьяров, В.А. Давыдов. Сварочные процессы в электронной технике: Учебное пособие. - М.: Высшая школа», 1988, с. 84-86). За аналог взята установка лазерной сварки LRS-150A в среде защитных газов. Установка LRS-150A содержит лазерный излучатель, координатный стол, систему фокусировки лазерного излучения, систему позиционирования изделия и блок программного управления, причем лазерный излучатель, система фокусировки лазерного излучения и система позиционирования изделия соединены между собой через блок программного управления.Installations for laser pulse welding are actively used in electronic technology and microelectronics. With their help, diodes, transistors, semiconductor microcircuits and many other thin-walled small-sized products are welded (B.N. Badyarov, V.A. Davydov. Welding processes in electronic technology: Textbook. - M.: Higher School, 1988, p. 84-86). The LRS-150A laser welding installation in a shielding gas environment was taken as an analogue. The LRS-150A installation contains a laser emitter, a coordinate table, a laser focusing system, a product positioning system and a program control unit, the laser emitter, a laser focusing system and a product positioning system interconnected via a program control unit.

Недостатком установки является отсутствие возможности применения лазерной сварки в условиях вакуума.The disadvantage of this installation is the inability to use laser welding in a vacuum.

Технический результат заявляемого технического решения - обеспечение возможности лазерной сварки тонкостенных конструкций в условиях вакуума.The technical result of the proposed technical solution is the possibility of laser welding of thin-walled structures in a vacuum.

Для этого установка для импульсной лазерной сварки в условиях вакуума, содержащая лазерный излучатель, систему фокусировки лазерного излучения, систему позиционировния изделия, блок программного управления дополнительно содержит вакуумную камеру, систему ввода лазерного излучения и видеокамеру, причем лазерный излучатель, система фокусировки лазерного излучения, система позиционировния изделия, размещенная в вакуумной камере, соединены между собой через блок программного управления, система фокусировки лазерного излучения снабжена видеокамерой, а лазерный излучатель системой ввода лазерного излучения.To this end, an apparatus for pulsed laser welding in a vacuum, comprising a laser emitter, a laser radiation focusing system, a product positioning system, a program control unit further comprises a vacuum chamber, a laser radiation input system and a video camera, wherein the laser emitter, a laser radiation focusing system, a positioning system products placed in a vacuum chamber are interconnected via a program control unit, a laser radiation focusing system is provided with a video camera and the laser emitter system input laser light.

Вакуумная камера выполнена со стеклянной проходкой, для пропускания лазерного излучения без потерь в инфракрасном диапазоне.The vacuum chamber is made with glass penetration to transmit laser radiation without loss in the infrared range.

Система фокусировки снабжена видеокамерой для обеспечения контроля процесса сварки. Наличие видеокамеры в системе фокусировки позволяет оптимально настроить фокусное расстояние со свариваемым изделием, настройку свариваемого стыка относительно лазерного луча, изменение диаметра лазерного луча и визуальный контроль качества сварного шва. Сигнал с видеокамеры выводится на монитор компьютера.The focusing system is equipped with a video camera to provide control of the welding process. The presence of a video camera in the focusing system makes it possible to optimally adjust the focal length with the product being welded, adjusting the welded joint relative to the laser beam, changing the diameter of the laser beam and visual inspection of the quality of the weld. The signal from the camcorder is output to a computer monitor.

Система позиционирования изделия выполнена в виде устройства с вращением и трехкоординатным перемещением. Блок программного управления обеспечивает управление процессом сварки с помощью программы, задаваемой компьютером. Программное обеспечение позволяет осуществлять прямолинейные, криволинейные и круговые траектории лазерного луча.The product positioning system is made in the form of a device with rotation and three-coordinate movement. The program control unit provides control of the welding process using a program specified by a computer. The software allows for straight, curved and circular trajectories of the laser beam.

Ввод лазерного излучения представляет собой окошко из кварцевого стекла, которое позволяет без потерь проходить лазерному лучу до изделияThe input of laser radiation is a window made of quartz glass, which allows lossless passage of the laser beam to the product

Все операции по перемещению изделия могут выполняються в автоматическом режиме.All operations to move the product can be performed automatically.

Новыми существенными признаками установки импульсной лазерной сварки в условиях вакуума являются:New significant features of a pulsed laser welding in vacuum are:

- наличие дополнительной вакуумной камеры и вакуумной системы.- the presence of an additional vacuum chamber and a vacuum system.

Применение вакуума позволяет эффективнее защищать сварные соединения химически активных металлов от воздействия газов и примесей. Особенно заметно это преимущество при сварке тугоплавких металлов и сплавов. Кроме того, при сварке в вакууме можно получать сварные швы с более глубоким проплавлением, чем в обычных условиях. Так же, в некоторых случаях, технические характеристики изделий определяют необходимость создания вакуума внутри свариваемого изделияThe use of vacuum allows you to more effectively protect welded joints of chemically active metals from exposure to gases and impurities. This advantage is especially noticeable when welding refractory metals and alloys. In addition, when welding in vacuum, it is possible to obtain welds with a deeper penetration than under normal conditions. Also, in some cases, the technical characteristics of the products determine the need for creating a vacuum inside the welded product

На прилагаемом рисунке представлена схема установки лазерной сварки, где:The attached figure shows a diagram of a laser welding installation, where:

1 - лазерный излучатель;1 - laser emitter;

2 - система ввода лазерного излучения;2 - laser radiation input system;

3 - система фокусировки лазерного излучения;3 - a system for focusing laser radiation;

4 - видеокамера;4 - video camera;

5 - система позиционирования изделия;5 - product positioning system;

6 - блок программного управления;6 - program control unit;

7 - вакуумная камера с системой откачки.7 - a vacuum chamber with a pumping system.

Установка лазерной сварки работает следующим образом. Луч от лазерного излучателя (1) системой ввода лазерного излучения (2) передается на систему фокусировки лазерного излучения (3) и направляется через кварцевое стекло на свариваемое изделие, расположенное в вакуумной камере (7). Система позиционирования изделия (5) обеспечивает закрепление и перемещение свариваемого изделия. С помощью видеокамеры (4) осуществляется настройка оптимального фокусного расстояния со свариваемым изделием, настройка свариваемого стыка относительно лазерного луча, изменение диаметра лазерного луча и визуальный контроль качества сварного шва. Управление процессом сварки обеспечивает блок программного управления (6).The laser welding installation operates as follows. The beam from the laser emitter (1) is transmitted by the laser radiation input system (2) to the laser focusing system (3) and is directed through quartz glass to the welded product located in the vacuum chamber (7). The product positioning system (5) secures and moves the welded product. Using a video camera (4), the optimal focal length with the welded product is adjusted, the welded joint is adjusted relative to the laser beam, the diameter of the laser beam is changed, and the quality of the weld is visually checked. Welding process control is provided by a program control unit (6).

В отличие от прототипа предлагаемая установка позволяет проводить импульсную лазерную сварку в условиях вакуума с вращательным и трехкоординым перемещением изделия. На данной установке можно выполнять лазерную сварку в условиях вакуума различных конструкций сварных соединений изделий с толщиной свариваемых кромок до 1 мм.In contrast to the prototype, the proposed installation allows for pulsed laser welding in vacuum with rotational and three-coordinate movement of the product. In this installation, laser welding can be performed under vacuum conditions of various designs of welded joints of products with a thickness of welded edges of up to 1 mm

На установке изготовлен макет плоской мишени молибден-99. Конструкции мишени имеет габаритные размеры: длина 250 мм, ширина 50 мм и толщина оболочки 0,5 мм. Материалом оболочки является алюминиевый сплав АД1.At the installation, a mock-up of a molybdenum-99 flat target was made. The target structure has overall dimensions: length 250 mm, width 50 mm and shell thickness 0.5 mm. The shell material is aluminum alloy AD1.

Для обеспечения плотного контакта между оболочкой мишени и сердечником выполнена операция герметизации в условиях вакуума. Сварка последнего участка шва мишени происходит в вакуумной камере, в которой создано разряжение и через кварцевое стекло лазерным лучом заваривается последний участок шва. За счет того, что лазерный луч проникает через стекло практически без потерь мощности, обеспечивается качественное формирование сварного соединения. После герметизации мишени за счет разности давлений внутри и снаружи изделия стенки оболочки плотно примыкают к сердечнику, что способствует более эффективному отводу температуры от сердечника мишени. Для выполнения этих условий были отработана технология сборки изделия под сварку, определены и оптимизированы режимы сварки, создано вспомогательное оборудование, обеспечивающее сварку в условиях вакуума.To ensure tight contact between the target shell and the core, the sealing operation was performed under vacuum. Welding of the last section of the weld of the target takes place in a vacuum chamber in which a vacuum is created and the last portion of the weld is welded through a quartz glass with a laser beam. Due to the fact that the laser beam penetrates through the glass with virtually no loss of power, high-quality formation of the welded joint is ensured. After sealing the target due to the pressure difference inside and outside the product, the shell walls are tightly adjacent to the core, which contributes to a more efficient removal of temperature from the target core. To fulfill these conditions, the technology of assembling the product for welding was developed, welding modes were determined and optimized, auxiliary equipment was created to ensure welding in vacuum conditions.

С использованием установки лазерной сварки в условиях вакуума проведены исследования показавшие возможность получения сварных соединений различных металлов и сплавов с более высокими характеристиками сварного шва, чем при сварке в среде защитных газов.Using a laser welding machine in vacuum, studies have been carried out that have shown the possibility of obtaining welded joints of various metals and alloys with higher weld characteristics than when welding in shielding gases.

Предлагаемая установка лазерной сварки в условиях вакуума не требует специальных материалов, может быть изготовлена с помощью известных технических средств и обеспечивает технический результат. Следовательно, установка обладает промышленной применимостью.The proposed installation of laser welding in vacuum does not require special materials, can be manufactured using known technical means and provides a technical result. Therefore, the installation has industrial applicability.

Установка с камерой может быть использована и для лазерной сварки в контролируемой среде защитных газовThe camera system can also be used for laser welding in a controlled environment of shielding gases

Claims

1. Installation of pulsed laser welding in vacuum, containing a laser emitter, a laser focusing system, a product positioning system and a program control unit, characterized in that it is equipped with a vacuum chamber, a laser radiation input system and a video camera, wherein the product positioning system is placed in a vacuum camera, and the laser emitter, the laser focusing system and the product positioning system are interconnected via a program control unit, at The laser focusing system is equipped with a video camera, and the laser emitter has a laser input system.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the vacuum chamber is made with a glass penetration, allowing to transmit laser radiation without loss in the infrared range.

3. Installation according to claim 1, characterized in that the positioning system of the product is made in the form of a device with three-coordinate movement and rotation inside the vacuum chamber.