RU2639200C1 - Method of double-laser welding - Google Patents

Method of double-laser welding Download PDF

Info

Publication number
RU2639200C1
RU2639200C1 RU2016140564A RU2016140564A RU2639200C1 RU 2639200 C1 RU2639200 C1 RU 2639200C1 RU 2016140564 A RU2016140564 A RU 2016140564A RU 2016140564 A RU2016140564 A RU 2016140564A RU 2639200 C1 RU2639200 C1 RU 2639200C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
welding
laser
pulsed
weld
radiation
Prior art date
Application number
RU2016140564A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Леонардович Малков
Николай Тимофеевич Казаковский
Николай Юрьевич Дьянов
Аркадий Аркадьевич Юхимчук
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Priority to RU2016140564A priority Critical patent/RU2639200C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2639200C1 publication Critical patent/RU2639200C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20Bonding
    • B23K26/21Bonding by welding

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: method consists in directing laser beams to the place of welding and performing welding in an inert gas environment. The laser beams are focused to one optical system, and after that the laser beams are directed to the place of welding through the focal lens. A continuous laser during welding is turned on and off with a delay relative to the pulsed laser.
EFFECT: invention allows to obtain high-quality welded seam at welding of aluminium alloys and difficult-to-weld structure steels by increasing the depth of penetration for more than 2 times and weld details of a complex geometry.
6 dwg, 1 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к способу многолучевой лазерной сварки алюминиевых сплавов и конструкционных сталей и может найти применение в различных отраслях машиностроения, в частности, при сварке изделий в камере с инертным газом.The invention relates to a method for multi-beam laser welding of aluminum alloys and structural steels and can find application in various branches of engineering, in particular, when welding products in an inert gas chamber.

Известен способ лазерно-световой сварки стали (Патент РФ №2341361, В23К 28/02, опубл. 20.12.2008 Бюл. №35), выбранный в качестве аналога.A known method of laser-light welding of steel (RF Patent No. 2341361, V23K 28/02, publ. 12/20/2008 Bull. No. 35), selected as an analogue.

В данном способе на локальную зону обработки материала осуществляют одновременное воздействие импульсным лазером и полихроматическим непрерывным излучением. Полихроматическое непрерывное излучение обеспечивает подогрев зоны сварки, импульсный лазер выполняет сварку. К недостаткам данного способа следует отнести то, что полихроматическое непрерывное и когерентное импульсное излучение подаются каждое из своего фокусного объектива, что затрудняет сварку при сложной конфигурации сварного соединения деталей и сварке в камере. Кроме того, полихроматическое непрерывное излучение сложно фокусировать и из-за небольшого коэффициента поглощения оно малоэффективно.In this method, a simultaneous exposure to a pulsed laser and continuous polychromatic radiation is performed on a local material processing zone. Polychromatic continuous radiation provides heating of the welding zone, a pulsed laser performs welding. The disadvantages of this method include the fact that polychromatic continuous and coherent pulsed radiation is supplied by each of its focal lens, which makes it difficult to weld with a complex configuration of the welded parts and welding in the chamber. In addition, continuous polychromatic radiation is difficult to focus and, due to its low absorption coefficient, is ineffective.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ импульсной лазерной сварки тонких алюминиевых листов, приведенный в работе J.P.Bergmann and other, Effects of diode laser superposition on pulsed laser welding of aluminum. Physics Procedia 41 (2013) 180-189. В данном способе используются два лазера: импульсный Nd:YAG (длина волны 1,064 мкм) и непрерывный (длина волны 0,808 мкм). Излучение каждого лазера идет из своего фокусного объектива. Излучение импульсного лазера подается перпендикулярно к поверхности, излучение непрерывного лазера подается под углом к поверхности (50°-80°). Данное сочетание лазеров позволяет проводить сварку алюминиевых сплавов, позволяет настраивать положение пятен лазерных лучей относительно друг друга в достаточно широких пределах, что расширяет возможности метода.Closest to the claimed technical solution is the method of pulsed laser welding of thin aluminum sheets described in J.P. Bergmann and other, Effects of diode laser superposition on pulsed laser welding of aluminum. Physics Procedia 41 (2013) 180-189. In this method, two lasers are used: pulsed Nd: YAG (wavelength 1.064 μm) and continuous (wavelength 0.808 μm). The radiation from each laser comes from its focal lens. The radiation of a pulsed laser is supplied perpendicular to the surface, the radiation of a continuous laser is supplied at an angle to the surface (50 ° -80 °). This combination of lasers allows welding of aluminum alloys, allows you to adjust the position of the spots of laser beams relative to each other in a fairly wide range, which expands the capabilities of the method.

Недостатками данного способа являются:The disadvantages of this method are:

- невозможность проведения сварки при сложной конфигурации свариваемых деталей;- the impossibility of welding with a complex configuration of the welded parts;

- необходимость перестраивания оптической системы каждого лазера при смене конфигурации свариваемых деталей;- the need to rebuild the optical system of each laser when changing the configuration of the parts to be welded;

- затруднение или невозможность проведения сварки в камере сварки при ограниченном размере оптического окна ввода лазерного излучения и при большом фокальном расстоянии;- difficulty or inability to conduct welding in the welding chamber with a limited size of the optical window for inputting laser radiation and with a large focal distance;

- для реализации метода в камере сварки требуется относительно большое оптическое окно ввода лазерного излучения в камеру, что влечет за собой сложность защиты поверхности окна от загрязнения продуктами сварки (выплески и испарения металла);- to implement the method in the welding chamber, a relatively large optical window for introducing laser radiation into the chamber is required, which entails the difficulty of protecting the window surface from contamination by welding products (metal splashes and evaporation);

- при подаче непрерывного излучения под углом 50° - 80° к поверхности возрастают потери энергии за счет отражения, зона нагрева имеет форму неправильного круга (приобретает овальность), что может привести к снижению качества сварного шва.- when applying continuous radiation at an angle of 50 ° - 80 ° to the surface, energy losses increase due to reflection, the heating zone has the shape of an irregular circle (becomes ovoid), which can lead to a decrease in the quality of the weld.

Задачей заявляемого способа является повышение качества сварного шва, расширение функциональной возможности способа по конфигурации и материалу свариваемых деталей, упрощение способа.The objective of the proposed method is to improve the quality of the weld, expand the functionality of the method according to the configuration and material of the parts to be welded, and simplify the method.

При использовании способа достигается следующий технический результат:Using the method, the following technical result is achieved:

- получение качественного сварного шва при сварке алюминиевых сплавов и трудносвариваемых конструкционных сталей;- obtaining a high-quality weld when welding aluminum alloys and difficult to weld structural steels;

- увеличение глубины провара при сварке деталей из стали;- increase in penetration depth when welding parts made of steel;

- возможность проведения сварки деталей сложной геометрии;- the ability to weld parts of complex geometry;

- простота настройки оптической системы, облегчение фокусировки;- simplicity of tuning the optical system, ease of focusing;

- возможность проведения сварки в камере с инертной средой при ограниченных габаритах оптического окна ввода лазерного излучения;- the possibility of welding in a chamber with an inert medium with limited dimensions of the optical window for inputting laser radiation;

- простота реализации выполнения защиты оптического окна для ввода лазерного излучения от загрязнения продуктами сварки.- ease of implementation of the protection of the optical window for inputting laser radiation from contamination by welding products.

Для решения указанной задачи и достижения технического результата заявляется способ двухлучевой лазерной сварки с использованием импульсного Nd:YAG и непрерывного лазеров, заключающийся в направлении лазерных лучей к месту сварки и проведении ее в среде инертного газа, в котором согласно изобретению лучи лазеров сводят в одну оптическую систему и направляют в зону сварки из одного оптического объектива. При этом непрерывный лазер включают с опережением и выключают с задержкой относительно импульсного лазера.To solve this problem and achieve a technical result, a method for double-beam laser welding using pulsed Nd: YAG and continuous lasers is claimed, which consists in directing the laser beams to the welding site and conducting it in an inert gas medium, in which according to the invention the laser beams are combined into one optical system and sent to the welding zone from one optical lens. In this case, the cw laser is turned on ahead of and turned off with a delay relative to the pulsed laser.

В изобретении для двух лазеров используется оптическая система с одним фокусным объективом (фиг. 1). Она позволяет сводить и фокусировать в один пучок излучение импульсного и непрерывного лазеров. При этом положение лучей лазеров может быть как коаксиальным, так и может меняться относительно друг друга со смещением. Благодаря тому, что лазерное излучение обоих лазеров поступает в зону сварки из одного фокусного объектива, можно проводить сварку деталей сложной геометрии (фиг. 2), облегчается фокусировка лучей лазеров. Инертная среда при сварке может использоваться при проведении сварки в токе инертного газа или при сварке в герметичной камере в среде инертного газа.In the invention, an optical system with one focal lens (Fig. 1) is used for two lasers. It makes it possible to reduce and focus radiation of pulsed and cw lasers into a single beam. In this case, the position of the laser beams can be both coaxial and can change relative to each other with a shift. Due to the fact that the laser radiation of both lasers enters the welding zone from one focal lens, it is possible to weld parts of complex geometry (Fig. 2), focusing of laser beams is facilitated. An inert atmosphere during welding can be used when welding in an inert gas stream or when welding in a sealed chamber in an inert gas environment.

Использование предлагаемого способа дает большие преимущества по сравнению с прототипом при сварке в камере с инертной средой: оптическая система с одним фокусным объективом позволяет проводить сварку двумя лазерами при ограниченных габаритах оптического окна для ввода лазерного излучения и при использовании оснастки и сварки деталей сложной геометрии (фиг. 3). Кроме того, при использовании данного способа в сочетании с небольшим оптическим окном для ввода лазерного излучения значительно облегчается механизм защиты оптического окна от продуктов сварки, что позволяет обеспечить его максимальную защиту в процессе сварки и, следовательно, обеспечить постоянство энергетических параметров лазерного излучения, поступающего в зону сварки, что благоприятно сказывается на качестве сварного шва.Using the proposed method gives great advantages compared to the prototype when welding in a chamber with an inert medium: an optical system with a single focal lens allows welding with two lasers with limited dimensions of the optical window for introducing laser radiation and when using equipment and welding parts of complex geometry (Fig. 3). In addition, when using this method in combination with a small optical window for introducing laser radiation, the mechanism of protecting the optical window from welding products is greatly facilitated, which ensures its maximum protection during welding and, therefore, ensures the constant energy parameters of the laser radiation entering the zone welding, which favorably affects the quality of the weld.

Использование сочетания двух лучей лазеров позволяет проводить сварку алюминиевых сплавов (в частности, АМц) и трудносвариваемых конструкционных сталей, что невозможно сделать при использовании одного импульсного (Nd:YAG) лазера. Непрерывный лазер включается с опережением и выключается с задержкой относительно импульсного лазера, что обеспечивает оптимальную температуру формирования сварного шва. Непрерывный лазер обеспечивает предварительный разогрев локальной области, уменьшая при этом градиент температур при воздействии импульсного лазера и увеличивая коэффициент поглощения лазерного излучения поверхностью свариваемой детали. Эффективность воздействия импульсного лазера при этом возрастает (возрастает коэффициент поглощения лазерного излучения), обеспечивается большая глубина проплавления. Импульсный лазер обеспечивает плавление материала, после чего непрерывный лазер обеспечивает необходимый температурный режим формирования сварного шва, тем самым позволяет избежать возникновения трещин и получить нужную макроструктуру сварного шва.Using a combination of two laser beams allows the welding of aluminum alloys (in particular, AMC) and hard-to-weld structural steels, which cannot be done using a single pulsed (Nd: YAG) laser. The continuous laser turns on ahead of time and turns off with a delay relative to the pulsed laser, which ensures the optimum temperature for the formation of the weld. A continuous laser provides preliminary heating of the local region, while decreasing the temperature gradient when exposed to a pulsed laser and increasing the absorption coefficient of laser radiation by the surface of the welded part. In this case, the efficiency of a pulsed laser increases (the absorption coefficient of laser radiation increases), and a large penetration depth is ensured. A pulsed laser provides melting of the material, after which a continuous laser provides the necessary temperature conditions for the formation of the weld, thereby avoiding the occurrence of cracks and obtaining the desired macrostructure of the weld.

Предложенный способ иллюстрируется чертежами, где:The proposed method is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 показана оптическая система лазеров; на фиг. 2 - сварка деталей сложной геометрии предложенным способом; на фиг. 3 - сварка в камере с оптическим окном для ввода лазерного излучения; на фиг. 4 - микроструктура сварного шва деталей из сплава алюминия, полученного с помощью двух лазеров; на фиг. 5 - микроструктура сварного шва деталей из стали 12Х18Н10Т, полученного с помощью одного лазера; на фиг. 6 - микроструктура сварного шва деталей из стали 12Х18Н10Т, полученного с помощью двух лазеров.in FIG. 1 shows an optical system of lasers; in FIG. 2 - welding of parts of complex geometry by the proposed method; in FIG. 3 - welding in a chamber with an optical window for inputting laser radiation; in FIG. 4 - microstructure of the weld of parts from an aluminum alloy obtained using two lasers; in FIG. 5 - microstructure of the weld of parts made of steel 12X18H10T obtained using a single laser; in FIG. 6 - microstructure of the weld of parts from steel 12X18H10T obtained using two lasers.

На представленных чертежах (фиг. 1-3) показаны: 1- излучатель импульсного Nd:YAG лазера; 2, 4 - поворотное зеркало; 3 - узел ввода излучения непрерывного лазера, 5 - фокусный объектив; 6а, 6б - лучи лазеров; 7 - зона сварки; 8 - оптическое окно для ввода лазерного излучения в камеру сварки; 9 - защитное стекло.In the presented drawings (Figs. 1-3), the following are shown: 1 - emitter of a pulsed Nd: YAG laser; 2, 4 - rotary mirror; 3 - node input radiation of a continuous laser, 5 - focal lens; 6a, 6b - laser beams; 7 - welding zone; 8 - an optical window for introducing laser radiation into the welding chamber; 9 - a protective glass.

Оптическая система заявленного способа построена следующим образом (фиг. 1): зеркало 2 направляет излучение импульсного лазера от излучателя 1 через зеркало 4 (прозрачное для частоты излучения 1,064 мкм, отражает - 0,808 мкм) в сторону фокусного объектива 5. Зеркало 4 направляет излучение непрерывного лазера в сторону объектива 5. Поворотом зеркала 4 меняется взаимное положение лучей лазеров. Фокусный объектив 5 обеспечивает фокусировку двух лучей 6а и 6б лазеров в зоне сварки (как показано на фиг. 2). Фокусировка лучей может быть не только коаксиальной, но и со смещением относительно друг друга. При сварке в камере оптическое окно 8 для ввода лазерного излучения защищено от продуктов сварки защитным стеклом 9.The optical system of the inventive method is constructed as follows (Fig. 1): mirror 2 directs the radiation of a pulsed laser from the emitter 1 through mirror 4 (transparent for a radiation frequency of 1.064 μm, reflects 0.808 μm) towards the focal lens 5. Mirror 4 directs the radiation of a continuous laser towards the lens 5. Turning the mirror 4 changes the relative position of the laser beams. A focal lens 5 provides focusing of two laser beams 6a and 6b in the welding zone (as shown in Fig. 2). The focusing of the rays can be not only coaxial, but also with an offset relative to each other. When welding in the chamber, the optical window 8 for introducing laser radiation is protected from the products of welding with protective glass 9.

Процесс сварки по предлагаемому способу происходит следующим образом.The welding process according to the proposed method is as follows.

В зону сварки 7 для ее предварительного разогрева из узла ввода излучения непрерывного лазера 3 через фокусный объектив 5 подают луч непрерывного лазера 6а, включающегося с опережением и выключающегося с задержкой относительно импульсного лазера. Луч импульсного лазера 6б из излучателя 1 подается через зеркало 2 в фокусный объектив 5, а затем в зону сварки 7 перпендикулярно поверхности. Импульсный лазер обеспечивает плавление материала. Зеркалом 4 обеспечивается регулировка положения луча непрерывного лазера относительно импульсного. Благодаря использованию непрерывного лазера возрастает эффективность воздействия импульсного лазера и обеспечивается большая глубина проплавления. Кроме того, непрерывный лазер обеспечивает необходимый температурный режим формирования сварного шва, тем самым позволяет избежать образования трещин и получить нужную макроструктуру сварного шва, что дает возможность проводить сварку трудносвариваемых конструкционных сталей и алюминиевых сплавов (в частности, АМц). Стоит отметить, что для подтверждения критерия «промышленная применимость» в предлагаемом способе в качестве непрерывного лазера используется лазер с длиной волны лазерного излучения 0,808 мкм. Поглощающая способность поверхности алюминия при длине волны 0,808 мкм является максимальной и почти в 3 раза больше, чем при длине волны 1,064 мкм, поглощательная способность поверхности железа при данных длинах волн лазерного излучения отличается незначительно. Таким образом, при использовании непрерывного лазера с длиной волны 0,808 мкм значительно повышается эффективность поглощения лазерного излучения поверхностью алюминия и его сплавов.In the welding zone 7 for its preliminary heating from the radiation input unit of the continuous laser 3, a beam of a continuous laser 6a is fed through the focal lens 5, which turns on ahead and turns off with a delay relative to the pulsed laser. The beam of the pulsed laser 6b from the emitter 1 is fed through the mirror 2 into the focal lens 5, and then into the welding zone 7 perpendicular to the surface. A pulsed laser provides melting of the material. Mirror 4 provides adjustment of the position of the continuous laser beam relative to the pulsed. Thanks to the use of a continuous laser, the effect of a pulsed laser increases and a large penetration depth is provided. In addition, a continuous laser provides the necessary temperature conditions for the formation of a weld, thereby avoiding the formation of cracks and obtaining the desired macrostructure of the weld, which makes it possible to weld difficult-to-weld structural steels and aluminum alloys (in particular, AMTs). It is worth noting that to confirm the criterion of "industrial applicability" in the proposed method, a laser with a laser wavelength of 0.808 μm is used as a continuous laser. The absorption capacity of an aluminum surface at a wavelength of 0.808 μm is maximum and almost 3 times greater than at a wavelength of 1.064 μm, the absorption capacity of an iron surface at given wavelengths of laser radiation differs slightly. Thus, when using a continuous laser with a wavelength of 0.808 μm, the absorption efficiency of laser radiation by the surface of aluminum and its alloys is significantly increased.

На фиг. 2 показана сварка деталей сложной геометрии. При сварке деталей с выпуклостями и впадинами относительно зоны сварки 7 использование оптической системы с одним фокусным объективом 5 позволяет обеспечить заданное фокусное расстояние, что дает постоянную плотность мощности лазерного излучения обоих лазеров и благоприятно влияет на качество сварного шва.In FIG. 2 shows welding of parts of complex geometry. When welding parts with bulges and depressions relative to the welding zone 7, the use of an optical system with one focal lens 5 allows you to provide a given focal length, which gives a constant power density of the laser radiation of both lasers and favorably affects the quality of the weld.

На фиг. 3 показана сварка в камере с инертной средой при ограниченных габаритах оптического окна 8 для ввода лазерного излучения 6а и 6б. Защитное стекло 9 предотвращает загрязнение оптического окна 8 продуктами сварки.In FIG. 3 shows welding in a chamber with an inert medium with the limited dimensions of the optical window 8 for introducing laser radiation 6a and 6b. The protective glass 9 prevents contamination of the optical window 8 with welding products.

Примеры конкретного исполненияExamples of specific performance

Для примера исполнения была проведена сварка цилиндрического образца из алюминиевого сплава АМц (пример 1), а также 2-х цилиндрических образцов из стали 12Х18Н10Т (примеры 2 и 3). В качестве лазеров использовался импульсный Nd:YAG лазер (длина волны 1,064 мкм) и непрерывный волоконный лазер с диодной накачкой с длиной волны 0,808 мкм. Лазер с такой длиной волны был выбран специально для улучшения эффективности поглощения лазерного излучения алюминием. Настоящее изобретение не ограничено приведенными примерами.For an example of execution, a cylindrical specimen was welded from aluminum alloy AMts (example 1), as well as 2 cylindrical specimens from steel 12Kh18N10T (examples 2 and 3). As the lasers, a pulsed Nd: YAG laser (wavelength 1.064 μm) and a cw diode laser with a wavelength of 0.808 μm were used. A laser with such a wavelength was chosen specifically to improve the efficiency of absorption of laser radiation by aluminum. The present invention is not limited to the examples given.

Пример 1 - сварка образца из АМЦ.Example 1 - welding of a sample from AMC.

Перед сваркой поверхность деталей была подготовлена: обезжирена, протравлена в растворе NaOH с последующим осветвлением в 30% растворе HNO3, была удалена пленка оксидов в зоне сварки. Затем детали промывались водой. Для предотвращения образования окисной пленки детали до сварки хранились в среде аргона. Сварка проводилась на воздухе в токе аргона. Параметры сварки указаны в таблице 1 (поз. №1).Before welding, the surface of the parts was prepared: degreased, etched in a NaOH solution, followed by clarification in a 30% HNO 3 solution, an oxide film was removed in the welding zone. Then the parts were washed with water. To prevent the formation of an oxide film, the parts were stored in argon medium prior to welding. Welding was carried out in air in a stream of argon. Welding parameters are shown in table 1 (pos. No. 1).

Figure 00000001
Figure 00000001

Диаметр сфокусированного луча импульсного лазера 0,6 мм, диаметр сфокусированного луча непрерывного лазера 2 мм.The diameter of the focused beam of a pulsed laser is 0.6 mm, the diameter of the focused beam of a continuous laser is 2 mm.

Сначала в зону сварки 7 подавалось излучение непрерывного лазера (диаметр пятна луча лазера 2 мм). При этом происходил локальный разогрев поверхности. Через 2 секунды в зону сварки 7 подавалось излучение импульсного лазера, обеспечивая плавление материала. Лучи лазеров были направлены коаксиально. После завершения сварного шва прекращалось действие импульсного лазера, затем непрерывного (через 1 сек). Микроструктура полученного таким способом сварного шва показана на фиг. 4. Как видно, дефекты в сварном шве отсутствуют и с помощью данного способа можно проводить сварку деталей из алюминиевых сплавов.First, a cw laser was supplied to the welding zone 7 (the diameter of the laser beam spot was 2 mm). In this case, local heating of the surface took place. After 2 seconds, a pulsed laser radiation was supplied to the welding zone 7, providing melting of the material. The laser beams were directed coaxially. After completion of the weld, the action of a pulsed laser ceased, then continuous (after 1 sec). The microstructure of the weld obtained in this way is shown in FIG. 4. As you can see, there are no defects in the weld and using this method it is possible to weld parts from aluminum alloys.

Примеры 2 и 3 - сварка 2-х образцов из стали 12Х18Н10ТExamples 2 and 3 - welding of 2 samples of steel 12X18H10T

Перед сваркой образцов из стали 12Х18Н10Т поверхность была обезжирена. Сварка проводилась на воздухе в токе аргона. Параметры сварки указаны в таблице 1 (поз. №2, 3). Первый образец (таблица 1, поз. №2) был сварен с использованием одного импульсного лазера, второй образец (таблица 1, поз. №3) с использованием двух лазеров. И в том и в другом случае параметры импульсного лазера были одинаковы. Процесс сварки аналогичен примеру 1. Микроструктура полученных сварных швов с использованием одного импульсного и двух лазеров представлена на фиг. 5 и фиг. 6 соответственно. Как видно, глубина провара при использовании двух лазеров по заявляемому способу увеличилась более чем в два раза.Before welding samples of steel 12X18H10T, the surface was degreased. Welding was carried out in air in a stream of argon. Welding parameters are shown in table 1 (pos. No. 2, 3). The first sample (table 1, pos. No. 2) was welded using one pulsed laser, the second sample (table 1, pos. No. 3) using two lasers. In both cases, the parameters of the pulsed laser were the same. The welding process is similar to example 1. The microstructure of the obtained welds using one pulsed and two lasers is shown in FIG. 5 and FIG. 6 respectively. As you can see, the penetration depth when using two lasers according to the claimed method has more than doubled.

Таким образом, из приведенных примеров следует, что заявляемый способ позволяет получать качественные сварные швы при сварке деталей из алюминия и его сплавов и из конструкционных сталей. При этом заявляемый способ позволяет проводить сварку деталей сложной конфигурации за счет упрощения настройки и фокусировки оптической системы.Thus, from the above examples it follows that the inventive method allows to obtain high-quality welds when welding parts from aluminum and its alloys and from structural steels. Moreover, the inventive method allows welding of parts of complex configuration by simplifying the setup and focusing of the optical system.

Claims (1)

Способ двухлучевой лазерной сварки алюминиевых сплавов и трудносвариваемых конструкционных сталей, включающий использование импульсного Nd:YAG и непрерывного лазеров, при этом лучи лазеров сводят в одну оптическую систему и направляют их к месту сварки , которую выполняют в среде инертного газа, причем непрерывный лазер включают с опережением относительно импульсного лазера, отличающийся тем, что непрерывный лазер выключают с задержкой относительно импульсного лазера, при этом обеспечивают коаксиальное положение лучей лазеров в одном пучке или меняют положение лучей лазеров относительно друг друга со смещением.A method of double-beam laser welding of aluminum alloys and hard-to-weld structural steels, including the use of pulsed Nd: YAG and cw lasers, the laser beams being brought together into one optical system and directed to the welding site, which is performed in an inert gas medium, the cw laser being turned on ahead of relative to a pulsed laser, characterized in that the continuous laser is turned off with a delay relative to the pulsed laser, while ensuring the coaxial position of the laser beams in one beam or change the position of the laser beams relative to each other with an offset.
RU2016140564A 2016-10-14 2016-10-14 Method of double-laser welding RU2639200C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016140564A RU2639200C1 (en) 2016-10-14 2016-10-14 Method of double-laser welding

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016140564A RU2639200C1 (en) 2016-10-14 2016-10-14 Method of double-laser welding

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2639200C1 true RU2639200C1 (en) 2017-12-20

Family

ID=60718617

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016140564A RU2639200C1 (en) 2016-10-14 2016-10-14 Method of double-laser welding

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2639200C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2132761C1 (en) * 1993-10-20 1999-07-10 Юнайтид Текнолоджиз Копэрейшн Method and apparatus for laser sintering
RU2466842C1 (en) * 2011-05-11 2012-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им.А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) Method of laser gas bonding and plant to this end
RU2492035C1 (en) * 2011-12-29 2013-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Multibeam laser welding
US9054176B2 (en) * 2011-06-15 2015-06-09 Applied Materials, Inc. Multi-step and asymmetrically shaped laser beam scribing
US20150246412A1 (en) * 2014-02-28 2015-09-03 Ipg Photonics Corporation Multiple-beam laser processing using multiple laser beams with distinct wavelengths and/or pulse durations
US9180551B2 (en) * 2012-05-31 2015-11-10 Agie Charmilles New Technologies Sa Dual laser head

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2132761C1 (en) * 1993-10-20 1999-07-10 Юнайтид Текнолоджиз Копэрейшн Method and apparatus for laser sintering
RU2466842C1 (en) * 2011-05-11 2012-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им.А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) Method of laser gas bonding and plant to this end
US9054176B2 (en) * 2011-06-15 2015-06-09 Applied Materials, Inc. Multi-step and asymmetrically shaped laser beam scribing
RU2492035C1 (en) * 2011-12-29 2013-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Multibeam laser welding
US9180551B2 (en) * 2012-05-31 2015-11-10 Agie Charmilles New Technologies Sa Dual laser head
US20150246412A1 (en) * 2014-02-28 2015-09-03 Ipg Photonics Corporation Multiple-beam laser processing using multiple laser beams with distinct wavelengths and/or pulse durations

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J.P.BERGMANN and other "Effects of diode laser superposition on pulsed laser welding of aluminum",Physics Procedia 41, 2013, p.180-189. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jia et al. Combined pulse laser: Reliable tool for high-quality, high-efficiency material processing
US11084126B2 (en) Laser weld method and weld structure
Haboudou et al. Reduction of porosity content generated during Nd: YAG laser welding of A356 and AA5083 aluminium alloys
JP4741795B2 (en) Method and apparatus for increasing material removal rate in laser processing
Katayama Fundamentals and details of laser welding
Momma et al. Beam delivery of femtosecond laser radiation by diffractive optical elements.
JP6158356B2 (en) Laser welding method and welded joint
JP2011183427A (en) Laser arc combination welding method and method of producing welded member according to the welding method
Bergmann et al. Effects of diode laser superposition on pulsed laser welding of aluminum
Venkatakrishnan et al. Sub-micron ablation of metallic thin film by femtosecond pulse laser
CN114261100B (en) Method for ultra-fast laser welding of transparent hard and brittle material and metal
Ashkenasi et al. Machining of glass and quartz using nanosecond and picosecond laser pulses
EP0998369B1 (en) Device and method for extended remote laser cutting in pulse mode
Lapsanska et al. Effect of beam energy on weld geometric characteristics in Nd: YAG laser overlapping spot welding of thin AISI 304 stainless steel sheets
Alfieri et al. Investigation on porosity content in 2024 aluminum alloy welding by Yb: YAG disk laser
JP4797659B2 (en) Laser welding method
Ismail et al. Direct micro-joining of flexible printed circuit and metal electrode by pulsed Nd: YAG laser
Alfieri et al. Porosity evolution in aluminum alloy 2024 bop and butt defocused welding by Yb-YAG disk laser
RU2639200C1 (en) Method of double-laser welding
Shulyatyev et al. The effect of assist gases on the quality of edge surfaces of Al-Li alloys cut with a pulsed Q-switched CO2 laser
JPH06190575A (en) Welding method and fequipment by laser beam
Yu et al. Pulsed laser welding and microstructure characterization of dissimilar brass alloy and stainless steel 308 joints
JPS62289390A (en) Laser beam machine
Döring et al. Influence of pulse duration on the hole formation during short and ultrashort pulse laser deep drilling
JP3223271B2 (en) Laser hybrid heating method