RU2653744C1 - Method of large thicknesses workpieces laser welding - Google Patents
Method of large thicknesses workpieces laser welding Download PDFInfo
- Publication number
- RU2653744C1 RU2653744C1 RU2017110190A RU2017110190A RU2653744C1 RU 2653744 C1 RU2653744 C1 RU 2653744C1 RU 2017110190 A RU2017110190 A RU 2017110190A RU 2017110190 A RU2017110190 A RU 2017110190A RU 2653744 C1 RU2653744 C1 RU 2653744C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- welding
- magnetic field
- laser
- workpieces
- laser beam
- Prior art date
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims abstract description 8
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 22
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 abstract description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 abstract 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012993 chemical processing Methods 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000007665 sagging Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/20—Bonding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/20—Bonding
- B23K26/21—Bonding by welding
- B23K26/24—Seam welding
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области лазерной сварки с присадочным материалом.The invention relates to the field of laser welding with filler material.
Известно электромагнитное устройство для перемешивания расплава сварочной ванны при плазменной наплавке, защищенное патентом на полезную модель (патент №129861, МПК B23K 9/04 (2006.01), B23K 9/32 (2006.01), опубликовано 10.07.2013), включающее использование плазматрона наплавочной установки, содержащее электромагнит с сердечником. Сердечник изготовлен П-образным, причем одна его сторона выполнена с кольцевой частью для установки в него плазмотрона. Однако известное устройство не обеспечивает большой глубины (10-25 мм) перемешивания расплавленного металла.Known electromagnetic device for mixing the weld pool melt during plasma surfacing, protected by a utility model patent (patent No. 129861, IPC B23K 9/04 (2006.01), B23K 9/32 (2006.01), published July 10, 2013), including the use of a plasmatron of a surfacing installation containing an electromagnet with a core. The core is made U-shaped, one side being made with an annular part for installing a plasmatron in it. However, the known device does not provide a large depth (10-25 mm) of mixing the molten metal.
Известен способ стабилизации и удерживания сварочной ванны постоянным магнитным полем при лазерной сварке больших толщин (статья: About the influence of a steady magnetic field on weld pool dynamics in partial penetration high power laser beam welding of thick aluminium parts Marcel Bachmann, Vjaceslav Avilov, Andrey Gumenyuk, Michael Rethmeier International Journal of Heat and Mass Transfer 60 (2013) 309-321), наиболее близкий к заявляемому изобретению и принятый за прототип, включающий воздействие постоянного магнитного поля на металл сварочной ванны при лазерной сварке алюминиевых сплавов лазерами большой мощности. Техническим результатом исследований, представленных в вышеуказанной работе, является положительное влияние постоянного магнитного поля на стабилизацию поведения и удерживание жидкой сварочной ванны, расплавленной лазерным лучом большой мощности.A known method of stabilizing and holding a weld pool with a constant magnetic field in laser welding of large thicknesses (article: About the influence of a steady magnetic field on weld pool dynamics in partial penetration high power laser beam welding of thick aluminum parts Marcel Bachmann, Vjaceslav Avilov, Andrey Gumenyuk , Michael Rethmeier International Journal of Heat and Mass Transfer 60 (2013) 309-321), which is closest to the claimed invention and adopted as a prototype, including the effect of a constant magnetic field on the metal of the weld pool during laser welding of aluminum alloys with high-power lasers. The technical result of the studies presented in the above work is the positive influence of a constant magnetic field on the stabilization of behavior and retention of a molten weld pool molten by a high-power laser beam.
Однако известный способ предназначен для стабилизации и удерживания жидкого металла сварочной ванны от провисания и вытекания, получаемой без применения присадочного материала.However, the known method is intended to stabilize and hold the molten metal of the weld pool from sagging and leakage obtained without the use of filler material.
Техническая проблема, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в создании способа лазерной сварки заготовок больших толщин, предназначенного для увеличения глубины проникания и равномерного распределения химических элементов присадочного материала при лазерной сварке заготовок больших толщин (10-25 мм).The technical problem to which the invention is directed is to create a method for laser welding of large thickness blanks, designed to increase the penetration depth and uniform distribution of chemical elements of filler material during laser welding of large thickness blanks (10-25 mm).
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в увеличении глубины проникания и равномерном распределении химических элементов присадочного материала на всю глубину металла сварного шва, при сварке заготовок больших толщин.The technical result to which the invention is directed is to increase the penetration depth and uniform distribution of the chemical elements of the filler material to the entire depth of the weld metal, when welding workpieces of large thicknesses.
Технический результат достигается тем, что способ лазерной сварки заготовок больших толщин, включающий воздействие постоянного магнитного поля на жидкий металл сварочной ванны, отличается тем, что в сварочную ванну подают присадочный материал, а постоянное магнитное поле накладывают продольно направлению сварки, воздействуя на процесс перемешивания, проникновения и равномерного распределения химических элементов присадочного материала на всю глубину металла сварного шва, при этом для свариваемых заготовок толщиной 10-25 мм выбирают режимы лазерной сварки: скорость перемещения лазерного луча 10-40 мм/сек, мощность лазерного луча 5-25 кВт, оптимальная индукция магнитного поля находится в диапазоне 0,1-1,0 Тесла.The technical result is achieved in that the method of laser welding of workpieces of large thicknesses, including the effect of a constant magnetic field on the molten metal of the weld pool, is characterized in that filler material is fed into the weld pool, and a constant magnetic field is applied longitudinally to the direction of welding, affecting the mixing process, penetration and a uniform distribution of the chemical elements of the filler material over the entire depth of the weld metal, while p laser welding modes: the speed of the laser beam 10-40 mm / sec, the power of the laser beam 5-25 kW, the optimal induction of the magnetic field is in the range of 0.1-1.0 Tesla.
Индукторы, создающие постоянное магнитное поле, перемещают вдоль шва синхронно с перемещением лазерного луча.Inductors that create a constant magnetic field are moved along the seam synchronously with the movement of the laser beam.
Свариваемые заготовки перемещают относительно неподвижных индукторов и неподвижного лазерного луча.The welded workpieces are moved relative to the stationary inductors and the stationary laser beam.
В качестве присадочного материала используют металлическую проволоку или металлический порошок химического состава, соответствующего химическому составу свариваемого материала.As the filler material, metal wire or metal powder of a chemical composition corresponding to the chemical composition of the material being welded is used.
Лазерную сварку производят с плавным нарастанием мощности лазерного луча в начале сварки и плавным убыванием мощности лазерного луча в конце сварки.Laser welding is performed with a smooth increase in the power of the laser beam at the beginning of welding and a smooth decrease in the power of the laser beam at the end of welding.
На фигуре 1 представлена принципиальная схема осуществления лазерной сварки с присадочным материалом с наложением магнитного поля.The figure 1 presents a schematic diagram of the implementation of laser welding with filler material with a magnetic field.
На фигуре 2 представлена принципиальная схема осуществления лазерной сварки с присадочным материалом с наложением магнитного поля, вид сверху, в начальной точке.The figure 2 presents a schematic diagram of the implementation of laser welding with filler material with a magnetic field, a top view at the starting point.
На фигуре 3 представлено продольное сечение сварочной ванны в процессе сварки и предполагаемое воздействие на сварочную ванну магнитного поля.The figure 3 presents a longitudinal section of the weld pool during the welding process and the estimated impact on the weld pool of a magnetic field.
Позиции на фигурах: 1 - лазерный луч, 2 - свариваемые заготовки, 3 - присадочная проволока, 4 - индукторы, 5 - направление движения, 6 - расплавленный присадочный материал в жидкой сварочной ванне, 7 - траектория движения металла сварочной ванны под воздействием внешнего магнитного поля.Positions in the figures: 1 - laser beam, 2 - welded workpieces, 3 - filler wire, 4 - inductors, 5 - direction of movement, 6 - molten filler material in a liquid weld pool, 7 - trajectory of the weld pool metal under the influence of an external magnetic field .
Устройство для осуществления способа состоит из роботизированного комплекса лазерной сварки, сварочной головы, магнитного индуктора, системы подачи защитного газа, сварочного стола, прижимных устройств, свариваемых заготовок 2.A device for implementing the method consists of a robotic complex of laser welding, a welding head, a magnetic inductor, a protective gas supply system, a welding table, clamping devices, welded
Сущность способа заключается в следующем.The essence of the method is as follows.
Механической и химической обработкой подготавливают свариваемые заготовки 2 необходимых размеров в диапазоне (Д×Ш×Т) 300×100×10 мм до 3000×1500×25 мм из токопроводящих металлов. Свариваемые заготовки 2 фиксируют на сварочном столе или на полете портальной установки (на фигуре не показано). Сварку производят путем наведения лазерного луча в стык между заготовками, подвода механизма подачи присадочной проволоки, за 5-10 секунд до включения лазера и начала движения вдоль стыка посредством роботизированного комплекса включается магнитное поле, действующее продольно на расплав, индукторы 4, создающие постоянное магнитное поле, перемещаются вдоль шва синхронно с лазерным лучом. Создаваемое магнитное поле посредством продольного перемешивания расплавленного металла способствует перемешиванию, проникновению и равномерному распределению химических элементов, входящих в состав подаваемого присадочного материала, на всю глубину металла сварного шва, что обеспечивает высокие механические и эксплуатационные свойства сварного шва. Мощность лазерного луча выбирается с целью обеспечения сквозного проплава обеих заготовок, скорость подачи присадочного материала зависит от толщины свариваемых заготовок и скорости сварки.By mechanical and chemical processing, welded billets of 2 required sizes are prepared in the range (L × W × T) 300 × 100 × 10 mm to 3000 × 1500 × 25 mm from conductive metals. Welded
Траектория перемещения сварочного луча и режимы сварки задаются программой роботизированного комплекса.The trajectory of the welding beam and the welding modes are set by the program of the robotic complex.
При осуществлении сварочного процесса используется плавное нарастание и убывание мощности лазерного луча 1 с целью обеспечения стабильности процесса сварки, т.е. спокойного поведения расплавленного металла и улучшения косметических характеристик сварного шва.When carrying out the welding process, a smooth increase and decrease in the power of the
По окончании сварочного процесса магнитное поле продолжает действовать на расплав в течение 10-30 секунд, до полного затвердевания расплавленного металла, это зависит от толщины свариваемых заготовок и режимов сварки.At the end of the welding process, the magnetic field continues to act on the melt for 10-30 seconds, until the molten metal solidifies completely, this depends on the thickness of the welded workpieces and welding conditions.
Основными параметрами режимов лазерной сварки с присадочным материалом являются линейная скорость сварки, мощность лазерного излучения, скорость подачи присадочного материала. Мощность лазерного излучения, линейная скорость перемещения, скорость подачи присадочного материала задаются программой роботизированного комплекса.The main parameters of the modes of laser welding with filler material are the linear welding speed, laser radiation power, feed rate of the filler material. The power of laser radiation, the linear velocity of movement, the feed rate of the filler material are set by the program of the robotic complex.
Используют токопроводящие металлы и сплавы.Use conductive metals and alloys.
Режимы лазерной сварки зависят от природы материала, толщины свариваемых заготовок 2, находятся в диапазоне: скорость перемещения лазерного луча 10-40 мм/с, мощность лазерного луча 5-25 кВт, индукция магнитного поля 0,1-1,0 Тесла. Индукторы устанавливают так, чтобы создавалось продольное направление вращения магнитного поля с направлением сверху вниз.Laser welding modes depend on the nature of the material, the thickness of the welded
Режимы нарастания в начале процесса сварки и убывания в конце мощности лазерного луча 1 влияют на качество поверхности сварного шва и минимизацию механической обработки после лазерной сварки, так как положительно влияют на поведение металла в расплавленном состоянии, т.е. не происходит ударного взаимодействия лазерного излучения большой мощности со свариваемыми металлическими листами. Оптимальный режим нарастания мощности лазерного луча 2 до 5-25 кВт за 400-1200 миллисекунд, убывания с 25-5 кВт за 800-1500 миллисекунд.Rising modes at the beginning of the welding process and decreasing at the end of the power of the
Таким образом, за счет продольного влияния постоянного магнитного поля на ванну расплавленного металла посредством продольного перемешивания расплавленного металла достигается равномерная кристаллизация, перемешивание, проникновение и равномерное распределение химических элементов, входящих в состав подаваемого присадочного материала, на всю глубину металла сварного шва, что обеспечивает высокие механические и эксплуатационные свойства сварного шва.Thus, due to the longitudinal influence of a constant magnetic field on the molten metal bath through longitudinal mixing of the molten metal, uniform crystallization, mixing, penetration and uniform distribution of the chemical elements that make up the filler material are achieved throughout the depth of the weld metal, which provides high mechanical and operational properties of the weld.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017110190A RU2653744C1 (en) | 2017-03-27 | 2017-03-27 | Method of large thicknesses workpieces laser welding |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017110190A RU2653744C1 (en) | 2017-03-27 | 2017-03-27 | Method of large thicknesses workpieces laser welding |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2653744C1 true RU2653744C1 (en) | 2018-05-14 |
Family
ID=62152792
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017110190A RU2653744C1 (en) | 2017-03-27 | 2017-03-27 | Method of large thicknesses workpieces laser welding |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2653744C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108817712A (en) * | 2018-08-30 | 2018-11-16 | 哈尔滨工业大学(威海) | A kind of swing of magnetic control heated filament laser soldering device, methods and applications |
CN112719594A (en) * | 2021-01-15 | 2021-04-30 | 南京航空航天大学 | Electromagnetic-assisted laser welding method for aluminum alloy surface preset powder |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61255785A (en) * | 1985-05-09 | 1986-11-13 | Mitsubishi Electric Corp | Laser welding method |
JPS62107885A (en) * | 1985-11-06 | 1987-05-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Magnetic agitation welding method |
SU1779511A1 (en) * | 1991-02-11 | 1992-12-07 | Nii T Mash | Method of electron-beam welding |
JPH07124781A (en) * | 1993-10-28 | 1995-05-16 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | Laser beam machining method and laser beam machine |
RU2087283C1 (en) * | 1994-09-15 | 1997-08-20 | Воронежская государственная архиитектурно-строительная академия | Method of arc welding |
-
2017
- 2017-03-27 RU RU2017110190A patent/RU2653744C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61255785A (en) * | 1985-05-09 | 1986-11-13 | Mitsubishi Electric Corp | Laser welding method |
JPS62107885A (en) * | 1985-11-06 | 1987-05-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Magnetic agitation welding method |
SU1779511A1 (en) * | 1991-02-11 | 1992-12-07 | Nii T Mash | Method of electron-beam welding |
JPH07124781A (en) * | 1993-10-28 | 1995-05-16 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | Laser beam machining method and laser beam machine |
RU2087283C1 (en) * | 1994-09-15 | 1997-08-20 | Воронежская государственная архиитектурно-строительная академия | Method of arc welding |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
About the influence of a steady magnetic field on weld pool dynamics in partial penetration high power laser beam welding of thick aluminium parts Marcel Bachmann, Vjaceslav Avilov, Audrey Gumenyuk, Michael Rethmeier International Journal of Heat and Mass Transfer,v.60 (2013) 309-321. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108817712A (en) * | 2018-08-30 | 2018-11-16 | 哈尔滨工业大学(威海) | A kind of swing of magnetic control heated filament laser soldering device, methods and applications |
CN112719594A (en) * | 2021-01-15 | 2021-04-30 | 南京航空航天大学 | Electromagnetic-assisted laser welding method for aluminum alloy surface preset powder |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10052706B2 (en) | Method and system to use AC welding waveform and enhanced consumable to improve welding of galvanized workpiece | |
US9718147B2 (en) | Method and system to start and use combination filler wire feed and high intensity energy source for root pass welding of the inner diameter of clad pipe | |
US9782850B2 (en) | Method and system to start and use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding | |
US10086461B2 (en) | Method and system to start and use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding | |
KR102093528B1 (en) | Method of and system for starting and using in combination a filler wire feed and arc generating source for welding | |
US20130327749A1 (en) | Method and system to start and use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding aluminum to steel | |
US20130092667A1 (en) | Method and System to Start and Use Combination Filler Wire Feed and High Intensity Energy Source for Welding | |
JP3201246U (en) | System for initiating and using a combination of filler wire feeder and high strength energy source for welding | |
RU2572671C1 (en) | Method of aluminium alloy butt weld laser-arc welding by consumable electrode | |
LU503409B1 (en) | Negative arc pressure constricted gastungsten arc welding (gtaw)-based additivemanufacturing (am) method | |
RU2653744C1 (en) | Method of large thicknesses workpieces laser welding | |
JP2008093718A (en) | Composite welding method and apparatus | |
Rosado et al. | Innovations in arc welding | |
RU2497644C2 (en) | Multiarc welding of welded blanks | |
RU2668625C1 (en) | Formulated pipe stock butt joint laser-arc welding with consumable electrode method in an atmosphere of shielding gas | |
KR101207625B1 (en) | Tandem electro gas arc welding apparatus and welding method thereof | |
WO2015022569A2 (en) | Method and system to start and use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding aluminium to steel |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200328 |