RU2309033C2 - Fusion welding method - Google Patents
Fusion welding method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2309033C2 RU2309033C2 RU2005130284/02A RU2005130284A RU2309033C2 RU 2309033 C2 RU2309033 C2 RU 2309033C2 RU 2005130284/02 A RU2005130284/02 A RU 2005130284/02A RU 2005130284 A RU2005130284 A RU 2005130284A RU 2309033 C2 RU2309033 C2 RU 2309033C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- energy density
- welding
- pass
- pulse
- heating spot
- Prior art date
Links
Landscapes
- Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения и может быть применено для сварки изделий различной конструкции, в том числе при герметизации изделий активных зон ядерных реакторов как в обычных, так и в дистанционных условиях.The invention relates to the field of mechanical engineering and can be used for welding products of various designs, including when sealing products of active zones of nuclear reactors in both conventional and remote conditions.
Известен способ лазерной импульсной сварки (Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов: Справочник\ Н.Н.Рыкалин, А.А.Углов и др. - М.: Машиностроение, 1985.- 496 с., стр.283), при котором сварка плавлением ведется двумя импульсами в один проход. Первый импульс реализуется с меньшей энергией и диаметром пятна нагрева и большей плотностью энергии, чем второй. Второй импульс с большей энергией следует непосредственно за первым и, будучи сфокусированным мене остро, обеспечивает заданную глубину проплавления. Таким способом получаются необходимые условия для формирования сварного шва, однако не обеспечивается требуемая сплошность сварных соединений, кроме того, для реализации данного способа в основном используются две лазерные установки, что увеличивает трудоемкость процесса.A known method of laser pulsed welding (Laser and electron-beam processing of materials: Reference \ NN Rykalin, A.A. Uglov and others - M .: Engineering, 1985.- 496 p., P. 283), in which fusion welding is carried out by two pulses in one pass. The first pulse is realized with less energy and a diameter of the heating spot and a higher energy density than the second. The second impulse with greater energy immediately follows the first one and, being less focused, provides the specified penetration depth. In this way, the necessary conditions for the formation of the weld are obtained, however, the required continuity of the welded joints is not provided, in addition, two laser systems are mainly used to implement this method, which increases the complexity of the process.
Известен способ лазерной импульсной сварки (там же стр.282), который принят за прототип, при котором сварку плавлением ведут в несколько проходов и регулируют в процессе формирования шва плотность энергии в пятне нагрева источника тепла. При первом проходе, выполняемом с меньшей плотностью энергии, происходит оплавление кромок на небольшую глубину и удаление с них продуктов, переходящих в газообразное состояние. Последующим проходом с большей плотностью энергии обеспечивается максимальное проплавление материала. Данный технологический прием позволяет уменьшить вероятность выплеска свариваемого материала, улучшить внешний вид сварного шва. Этот способ позволяет также уменьшить образование в свариваемых металлах пор за счет газов, влаги, продуктов возгонки, находящихся на свариваемых кромках.A known method of laser pulsed welding (ibid. P. 282), which is adopted as a prototype, in which fusion welding is carried out in several passes and the energy density in the spot of heating the heat source is regulated during the formation of the seam. At the first pass, performed with a lower energy density, the edges are melted to a shallow depth and products are removed from them, which turn into a gaseous state. The subsequent passage with a higher energy density ensures maximum penetration of the material. This technique allows to reduce the likelihood of splash of the welded material, to improve the appearance of the weld. This method also allows to reduce the formation of pores in the welded metals due to gases, moisture, sublimation products located on the welded edges.
Однако при сварке металлов, склонных к порообразованию (например, алюминия и его сплавов, дисперсионно-упрочненной стали, изготовленной методом порошковой металлургии и т.д.) за счет внутренних источников образования дефектов, данный способ не обеспечивает решение задачи уменьшения порообразования и наличия в металлах окисных включений, что значительно снижает качество и работоспособность сварных соединений.However, when welding metals prone to pore formation (for example, aluminum and its alloys, dispersion hardened steel made by powder metallurgy, etc.) due to internal sources of defect formation, this method does not provide a solution to the problem of reducing pore formation and the presence in metals oxide inclusions, which significantly reduces the quality and performance of welded joints.
Целью данного изобретения является повышение качества и работоспособности сварных соединений различных конструкций путем уменьшения размеров пор и окисных включений и частичного их удаления.The aim of this invention is to improve the quality and performance of welded joints of various designs by reducing the size of pores and oxide inclusions and their partial removal.
Сущность предлагаемого способа сварки плавлением заключается в том, что сварку ведут в несколько проходов и регулируют в процессе формирования шва плотность энергии импульса в пятне нагрева источника тепла, при этом при первом проходе плотность энергии импульса в пятне нагрева и длительность импульса выбирают в зависимости от толщины свариваемых кромок по отношению плотности энергии импульса в пятне нагрева к длительности импульса в интервале (5-350)×102 Дж/(мм2с), причем при сварке кромок меньшей толщины выбирают меньшие значения, а при сварке кромок большей толщины выбирают большие значения в указанном интервале. При каждом последующем проходе отношение плотности энергии импульса в пятне нагрева к длительности импульса принимают равным или меньшим значения этого отношения при первом проходе.The essence of the proposed method of fusion welding is that the welding is carried out in several passes and the pulse energy density in the heating spot of the heat source is regulated during the formation of the seam, while in the first pass, the pulse energy density in the heating spot and the pulse duration are selected depending on the thickness of the welded edges with respect to the ratio of the pulse energy density in the heating spot to the pulse duration in the interval (5-350) × 10 2 J / (mm 2 s), moreover, when welding edges of smaller thickness, lower values are chosen, and with when cooking edges of greater thickness, large values are selected in the specified interval. With each subsequent pass, the ratio of the pulse energy density in the heating spot to the pulse duration is taken to be equal to or less than the value of this ratio during the first pass.
Глубина проплавления при последующих проходах должна составлять не более 100% от глубины шва, сформированного при первом проходе.The depth of penetration in subsequent passes should be no more than 100% of the depth of the seam formed during the first pass.
Применяемые при первом проходе режимы формирования сварного шва позволяют снизить время существования сварочной ванны, при котором зародыши микропор в основном не успевают вырасти до браковочных размеров. Одновременно при первом проходе создаются условия для активного перемешивания металла сварочной ванны, при котором происходит разрушение и частичное удаление окисной пленки из литого металла. По существующим в отдельных отраслях машиностроения требованиям браковочными являются поры, размер которых превышает 20% от толщины свариваемых стенок, и окисные пленки, протяженность которых превышает значение, равное 0,1 мм от толщины свариваемых стенок. Повторное ведение процесса сварки при отношении плотности энергии импульса в пятне нагрева к длительности импульса, равном или меньшем выбранного при первом проходе, обеспечивает дополнительное разрушение, перераспределение и частичное удаление окисной пленки и пор из сварного шва.The modes of formation of the weld used in the first pass make it possible to reduce the lifetime of the weld pool, in which the micropore nuclei generally do not have time to grow to reject sizes. At the same time, during the first pass, conditions are created for active mixing of the weld pool metal, in which the oxide film is destroyed and partially removed from the cast metal. According to the existing requirements in individual branches of engineering, rejects are pores whose size exceeds 20% of the thickness of the walls to be welded, and oxide films whose length exceeds a value equal to 0.1 mm of the thickness of the walls to be welded. Re-conducting the welding process at a ratio of the pulse energy density in the heating spot to the pulse duration equal to or less than the one selected during the first pass, provides additional destruction, redistribution, and partial removal of the oxide film and pores from the weld.
Если при первом проходе из указанного диапазона выбрано отношение меньше 5×10 Дж/(мм2с), то сварка изделий толщиной 0,1-0,2 мм приведет к неполному проплавлению свариваемых кромок [А.Г.Григорьянц, И.Н.Шиганов «Лазерная сварка металлов». М.: Высшая школа, 1988, стр.197], если больше 350×102 Дж/(мм2с) - к активному испарению металла с поверхности изделия, что приводит к ослаблению сечения сварного шва. При проведении последующих проходов отношение плотности энергии импульса в пятне нагрева к длительности импульса не должно превышать этого отношения при первом проходе во избежание появления дефектов сварного шва в виде нарушения его формы, прожогов и др.If the ratio less than 5 × 10 J / (mm 2 s) is selected from the specified range during the first pass, then welding of products with a thickness of 0.1-0.2 mm will lead to incomplete penetration of the welded edges [A.G. Grigoryants, I.N. Shiganov "Laser welding of metals." M .: Higher school, 1988, p. 197], if more than 350 × 10 2 J / (mm 2 s) - to the active evaporation of metal from the surface of the product, which leads to a weakening of the cross section of the weld. During subsequent passes, the ratio of the pulse energy density in the heating spot to the pulse duration should not exceed this ratio during the first pass in order to avoid defects in the weld in the form of a violation of its shape, burns, etc.
Такое сочетание новых признаков заявляемого решения с известными позволяет повысить качество и работоспособность сварных соединений.This combination of new features of the proposed solutions with the known improves the quality and performance of welded joints.
Предлагаемый способ сварки плавлением может быть применен в процессе изготовления ампулы из алюминиевого сплава АД1-0, состоящей из оболочки диаметром 12 мм, толщиной 0,8 мм и двух концевых элементов с расплавляемым буртом. Собранную с концевыми элементами оболочку устанавливают в зажимное устройство вращателя серийно выпускаемой установки лазерной сварки и закрепляют. Затем устанавливается режим сварки для выполнения первого прохода: энергия - 6,5±0,1 Дж, диаметр пятна нагрева - 0,8 мм, частота - 4-5 Гц, отношение плотности энергии импульса в пятне нагрева к длительности импульса 27×102 Дж/(мм2с). На вращающееся с заданной скоростью вокруг горизонтальной оси сварное соединение накладываются (с определенным перекрытием) сварочные импульсы, которые способствуют совместному расплавлению бурта и прилегающей к нему части оболочки. Указанный режим обеспечивает заданную глубину проплавления и такое время существования сварочной ванны, которое не превышает время, позволяющее зародышам микропор вырасти в поры браковочного размера. Кроме того, при первом проходе за счет гидродинамических процессов, происходящих в сварочной ванне, создаются условия для активного перемешивания металла, при котором происходит разрушение и частичное удаление окисной пленки из литого металла. Далее устанавливают режим сварки для выполнения второго прохода, при этом плотность энергии импульса в пятне нагрева к длительности импульса не превышает выбранного при первом проходе: энергия - 6,0±0,1 Дж, диаметр пятна нагрева - 2,0 мм, частота - 4-5 Гц, отношение плотности энергии импульса в пятне нагрева к длительности импульса 6×102 Дж/(мм2с). В случае недостижения необходимого результата выполняют дополнительные проходы. Повторное ведение процесса обеспечивает дополнительное разрушение, перераспределение и частичное удаление окисной пленки и пор из сварного шва. Дефектные структуры (поры и окисные включения), оказавшиеся на границе твердой и жидкой фазы, при каждом очередном импульсе подвергаются переплавлению, перераспределению и частичному удалению в объеме жидкой фазы, что повышает объемную сплошность сварного шва. По сравнению с известными способами путем уменьшения количества и размеров пор и окисных включений в сварных швах повышается их сплошность, которая улучшает качество и работоспособность сварных соединений из алюминия и его сплавов.The proposed method of fusion welding can be applied in the manufacturing process of an ampoule of aluminum alloy AD1-0, consisting of a shell with a diameter of 12 mm, a thickness of 0.8 mm and two end elements with a melt collar. The shell assembled with the end elements is installed in the clamping device of the rotator of a commercially available laser welding installation and fixed. Then the welding mode is set for the first pass: energy - 6.5 ± 0.1 J, diameter of the heating spot - 0.8 mm, frequency - 4-5 Hz, the ratio of the energy density of the pulse in the heating spot to the pulse duration of 27 × 10 2 J / (mm 2 s). Welding pulses are superimposed (with a certain overlap) on the welding joint rotating at a given speed around the horizontal axis, which contribute to the joint melting of the shoulder and the adjacent part of the shell. The specified mode provides a predetermined penetration depth and a lifetime of the weld pool that does not exceed the time that allows micropore nuclei to grow into pores of reject size. In addition, during the first pass, due to the hydrodynamic processes occurring in the weld pool, conditions are created for the active mixing of the metal, in which the oxide film is destroyed and partially removed from the cast metal. Next, set the welding mode to perform the second pass, while the pulse energy density in the heating spot to the pulse duration does not exceed that selected in the first pass: energy - 6.0 ± 0.1 J, diameter of the heating spot - 2.0 mm, frequency - 4 -5 Hz, the ratio of the pulse energy density in the heating spot to the pulse duration of 6 × 10 2 J / (mm 2 s). If the desired result is not achieved, additional passes are performed. Re-conducting the process provides additional destruction, redistribution and partial removal of the oxide film and pores from the weld. Defective structures (pores and oxide inclusions) that are at the interface between the solid and liquid phases are re-melted, redistributed, and partially removed in the volume of the liquid phase at each successive pulse, which increases the volumetric continuity of the weld. Compared with known methods, by reducing the number and size of pores and oxide inclusions in welds, their continuity is increased, which improves the quality and performance of welded joints of aluminum and its alloys.
Качество сварных соединений, полученных с применением данного способа, оценивали рентгенографическим контролем и металлографическими исследованиями с применением электронного микроскопа на 100 образцах. Результаты контроля показали, что количество забракованных сварных соединений по пористости и окисным включениям по сравнению с прототипом уменьшилось на 25%.The quality of the welded joints obtained using this method was evaluated by x-ray inspection and metallographic studies using an electron microscope on 100 samples. The control results showed that the number of rejected welded joints for porosity and oxide inclusions compared with the prototype decreased by 25%.
Предлагаемый способ сварки плавлением может быть применен в процессе изготовления тепловыделяющих элементов (твэлов) с оболочками диаметром 6,9 мм, толщиной 0,4 мм из дисперсионно-упрочненных сталей, изготовленных методом порошковой металлургии, для реакторов на быстрых нейтронах. Собранную с концевыми элементами оболочку устанавливают в зажимное устройство вращателя серийно выпускаемой установки лазерной сварки и закрепляют. Затем устанавливается режим сварки для выполнения первого прохода: энергия - 6,8±0,1 Дж, диаметр пятна нагрева - 0,8 мм, частота - 4-5 Гц, отношение плотности энергии импульса в пятне нагрева к длительности импульса - 26×102 Дж/(мм2с). На вращающееся с заданной скоростью вокруг горизонтальной оси сварное соединение накладываются (с определенным перекрытием) сварочные импульсы, которые способствуют совместному расплавлению бурта и прилегающей к нему части оболочки. Указанный режим обеспечивает заданную глубину проплавления и такое время существования сварочной ванны, которое не превышает время, позволяющее зародышам пор, находящихся в микропустотах, вырасти в поры браковочного размера. Далее устанавливают режим сварки для выполнения второго прохода, при этом плотность энергии импульса в пятне нагрева к длительности импульса не превышает выбранного при первом проходе: энергия -5,3±0,3 Дж, диаметр пятна нагрева - 1,6 мм, частота - 4-5 Гц, отношение плотности энергии импульса в пятне нагрева к длительности импульса - 5,2×102Дж/(мм2c).The proposed method of fusion welding can be applied in the manufacturing process of fuel elements (fuel elements) with claddings with a diameter of 6.9 mm and a thickness of 0.4 mm from dispersion-hardened steels made by powder metallurgy for fast neutron reactors. The shell assembled with the end elements is installed in the clamping device of the rotator of a commercially available laser welding installation and fixed. Then, the welding mode is set for the first pass: energy - 6.8 ± 0.1 J, diameter of the heating spot - 0.8 mm, frequency - 4-5 Hz, the ratio of the pulse energy density in the heating spot to the pulse duration is 26 × 10 2 J / (mm 2 s). Welding pulses are superimposed (with a certain overlap) on the welding joint rotating at a given speed around the horizontal axis, which contribute to the joint melting of the shoulder and the adjacent part of the shell. The specified mode provides a predetermined penetration depth and such a lifetime of the weld pool that does not exceed the time allowing the pore nuclei located in microvoids to grow into pores of reject size. Next, set the welding mode to perform the second pass, while the pulse energy density in the heating spot to the pulse duration does not exceed that selected in the first pass: energy -5.3 ± 0.3 J, diameter of the heating spot - 1.6 mm, frequency - 4 -5 Hz, the ratio of the pulse energy density in the heating spot to the pulse duration is 5.2 × 10 2 J / (mm 2 s).
При повторном ведении процесса поры, образовавшиеся при первом проходе, подвергаются переплаву и частичному удалению из металла сварочной ванны, что повышает объемную сплошность сварного шва. По сравнению с известными способами путем уменьшения количества и размеров пор в сварных швах повышается их качество.When the process is repeated, the pores formed during the first pass are remelted and partially removed from the weld pool metal, which increases the volumetric continuity of the weld. Compared with known methods, by reducing the number and size of pores in the welds, their quality is increased.
Качество сварных соединений, полученных с применением данного способа, оценивали с применением рентгенографического контроля на 50 образцах. Результаты контроля показали, что количество забракованных сварных соединений по пористости по сравнению с прототипом уменьшилось на 30%.The quality of the welded joints obtained using this method was evaluated using x-ray control on 50 samples. The control results showed that the number of rejected welded joints in porosity compared to the prototype decreased by 30%.
Сварка может вестись в среде гелия или аргона, которые могут подаваться в зону сварки любым известным способом.Welding can be carried out in an environment of helium or argon, which can be fed into the welding zone by any known method.
Предлагаемый способ обеспечивает технический эффект и может быть осуществлен с помощью известных в технике средств. Следовательно, он обладает промышленной применимостью.The proposed method provides a technical effect and can be carried out using means known in the art. Therefore, it has industrial applicability.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005130284/02A RU2309033C2 (en) | 2005-09-28 | 2005-09-28 | Fusion welding method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005130284/02A RU2309033C2 (en) | 2005-09-28 | 2005-09-28 | Fusion welding method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005130284A RU2005130284A (en) | 2007-04-10 |
| RU2309033C2 true RU2309033C2 (en) | 2007-10-27 |
Family
ID=37999949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005130284/02A RU2309033C2 (en) | 2005-09-28 | 2005-09-28 | Fusion welding method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2309033C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102079014A (en) * | 2010-12-23 | 2011-06-01 | 清华大学 | Low-porosity fusion welding method for die cast magnesium alloy |
-
2005
- 2005-09-28 RU RU2005130284/02A patent/RU2309033C2/en active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| А.Г.ГРИГОРЬЯНЦ и др. Лазерная сварка металлов. - М.: Высшая школа, 1988, с.78-81. * |
| Н.Н.РЫКАЛИН и др. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов. Справочник. - М.: Машиностроение, 1985, с.282. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102079014A (en) * | 2010-12-23 | 2011-06-01 | 清华大学 | Low-porosity fusion welding method for die cast magnesium alloy |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005130284A (en) | 2007-04-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sierra et al. | Steel to aluminium key-hole laser welding | |
| US20170304933A1 (en) | Friction stir additive processing and methods thereof | |
| Cui et al. | Dual beam laser keyhole welding of steel/aluminum lapped joints | |
| Haboudou et al. | Reduction of porosity content generated during Nd: YAG laser welding of A356 and AA5083 aluminium alloys | |
| Cao et al. | Research and progress in laser welding of wrought aluminum alloys. II. Metallurgical microstructures, defects, and mechanical properties | |
| Liu et al. | Effects of relative positioning of energy sources on weld integrity for hybrid laser arc welding | |
| Errico et al. | On the feasibility of AISI 304 stainless steel laser welding with metal powder | |
| Ogedengbe et al. | Investigation of mechanical properties and parametric optimization of the dissimilar GTAW of AISI 304 stainless steel and low carbon steel | |
| Ola et al. | Fusion weldability studies in aerospace AA7075-T651 using high-power continuous wave laser beam techniques | |
| Kam et al. | Weld quality improvement and porosity reduction mechanism of zinc coated steel using tandem gas metal arc welding (GMAW) | |
| Chatterjee et al. | Welding of Mo-based alloy using electron beam and laser-GTAW hybrid welding techniques | |
| Lisiecki | Effect of heat input during disk laser bead-on-plate welding of thermomechanically rolled steel on penetration characteristics and porosity formation in the weld metal | |
| US20240342822A1 (en) | Joining Method to Perform Defect-Free, Electron Beam Welds Using a Slope-Out Technique | |
| RU2309033C2 (en) | Fusion welding method | |
| Berend et al. | High-frequency beam oscillating to increase the process stability during laser welding with high melt pool dynamics | |
| DE102017117992A1 (en) | LASER WELDING FROM THE LIGHT OF OVERLAPPING METALWORK WORKPIECES USING SPIRAL STRUCTURES | |
| WO2017099004A1 (en) | Butt welding method | |
| Hui-Chi et al. | High-energy beam welding processes in manufacturing | |
| Dittrich et al. | Laser beam welding of hot crack sensitive Al-alloys without filler wire by intensity controlled dynamic beam oscillation | |
| Korzhyk et al. | Analyzing metallurgical interaction during arc surfacing of barrier layers on titanium to prevent the formation of intermetallics in titanium-steel compounds | |
| Murzin | Formation of a non-detachable welded titanium-aluminium compound by laser action | |
| Boumerzoug | A review: Welding by laser beam of dissimilar metals | |
| Stanciu et al. | Laser welding of dissimilar materials | |
| Moosa et al. | The joining of CP-vanadium and Ti–6Al–4V using the electron beam melting additive manufacturing method | |
| Schricker et al. | Insight into keyhole and melt pool dynamics in laser welding of zinc-coated steels by means of high-speed synchrotron X-ray imaging |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HK4A | Changes in a published invention |