RU2715930C1 - Method of laser welding of vacuum-tight annular, spiral and rectilinear seams of metal parts and device for its implementation - Google Patents

Method of laser welding of vacuum-tight annular, spiral and rectilinear seams of metal parts and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2715930C1
RU2715930C1 RU2019107672A RU2019107672A RU2715930C1 RU 2715930 C1 RU2715930 C1 RU 2715930C1 RU 2019107672 A RU2019107672 A RU 2019107672A RU 2019107672 A RU2019107672 A RU 2019107672A RU 2715930 C1 RU2715930 C1 RU 2715930C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wire
welded
welding
vacuum
filler wire
Prior art date
Application number
RU2019107672A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Дмитриевич Малыгин
Михаил Юрьевич Русин
Александр Васильевич Терехин
Original Assignee
Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина"
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 Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" filed Critical Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина"
Priority to RU2019107672A priority Critical patent/RU2715930C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2715930C1 publication Critical patent/RU2715930C1/en

Links

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
    • 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
    • B23K26/211—Bonding by welding with interposition of special material to facilitate connection of the parts

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

FIELD: welding.
SUBSTANCE: invention relates to laser welding, including thin-walled parts, and can be used for connection of high-vacuum products, for example, parts of vacuum-tube devices from various metals and alloys with preliminary cutting of edges and without it. In method of laser welding of circular, spiral and rectilinear seams of metal parts at a tangent to welded article, filler wire is supplied to welding bath, it is pressed to welded joint, laser beam is directed into it. Protective gas is supplied simultaneously with welding wire, welded seam is obtained as quasi-continuous. Wire is pressed due to internal stress occurring at deformation within elasticity of wire along arc between section of replaceable calibration tip and point of contact of wire with article, wire is fed by self-stretching.
EFFECT: technical result of the proposed invention is increase of vacuum density and reliability of welded seams at implementation of method of laser welding of circular, spiral and rectilinear seams, including thin-walled parts.
5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к лазерной сварке, в том числе тонкостенных деталей (h ≤ 1 мм), и может быть использовано для соединения высоковакуумных изделий, например, деталей электровакуумных приборов из различных металлов и сплавов с предварительной разделкой кромок и без нее.The invention relates to laser welding, including thin-walled parts (h ≤ 1 mm), and can be used to connect high-vacuum products, for example, parts of vacuum equipment from various metals and alloys with and without preliminary cutting of edges.

Известны способы аргонодуговой сварки с присадочным материалом (проволокой). При ручной сварке присадочную проволоку вводят возвратно-поступательным движением под углом не менее 10-15° к поверхности изделия, но не непосредственно в столб дуги, а несколько сбоку.Known methods of argon arc welding with filler material (wire). In manual welding, the filler wire is introduced by reciprocating at an angle of at least 10-15 ° to the surface of the product, but not directly into the arc column, but somewhat from the side.

При автоматической и полуавтоматической дуговой сварке электрод располагают перпендикулярно к поверхности свариваемого изделия. Угол между электродом и присадочной проволокой приближается к 90°. При этом в большинстве случаев направление сварки выбирают таким, чтобы присадочная проволока находилась впереди дуги. Расплавляемая дугой присадочная проволока в виде отдельных капель переходит в сварочную ванну. При дуговой сварке сварочная ванна имеет большие размеры, и капли расплавленного присадочного металла легко попадают в нее. При этом потери присадочного металла на разбрызгивание не превышают 10%.In automatic and semi-automatic arc welding, the electrode is placed perpendicular to the surface of the welded product. The angle between the electrode and filler wire approaches 90 °. However, in most cases, the direction of welding is chosen so that the filler wire is in front of the arc. The filler wire melted by the arc in the form of individual drops passes into the weld pool. In arc welding, the weld pool is large and droplets of molten filler metal easily fall into it. In this case, the loss of filler metal for spraying does not exceed 10%.

Недостатком аргонодуговой сварки с присадочным материалом является то, что при сваривании металлов возникает обширная зона высокотемпературного нагрева, что приводит к окислению металлов, к изменению размеров кристаллов самого металла, к образованию пор и микротрещин в металле, к возникновению температурных напряжений и ухудшению физико-технических свойств свариваемых металлов, что, в итоге, приводит к снижению герметичности шва и затруднению сварки тонкостенных деталей при h≤1 мм. Другим недостатком вышеуказанных способов подачи присадочной проволоки является невозможность их использования при лазерной сварке, так как происходит экранирование лазерного луча мундштуком, через который подается проволока.The disadvantage of argon-arc welding with filler material is that when welding metals there is an extensive zone of high-temperature heating, which leads to oxidation of metals, to a change in the size of the crystals of the metal itself, to the formation of pores and microcracks in the metal, to the appearance of temperature stresses and to the deterioration of physical and technical properties welded metals, which, in the end, leads to a decrease in the tightness of the weld and the difficulty of welding thin-walled parts at h≤1 mm Another disadvantage of the above filler wire feeding methods is the impossibility of their use in laser welding, since the laser beam is shielded by the mouthpiece through which the wire is fed.

Известен способ дуговой сварки лежачим электродом, при котором сварку выполняют электродами диаметром 2,5-8 мм и длиной до 2000 мм. Электрод вручную укладывают на стык, который подлежит сварке и накрывают сверху массивным медным бруском с целью предупреждения возможного обрыва дуги из-за деформации электрода при его расплавлении.A known method of arc welding with a lying electrode, in which welding is performed with electrodes with a diameter of 2.5-8 mm and a length of up to 2000 mm. The electrode is manually laid on the joint, which is to be welded and covered with a massive copper bar on top in order to prevent a possible arc break due to deformation of the electrode during its melting.

Недостатком способа является необходимость использования массивного медного бруска, что приводит к остановке процесса сварки и перестановке бруса при протяженных швах, а сварочный шов, выполненный за несколько приемов, имеет более низкие механические свойства, чем шов, выполненный за один прием. Также одним из недостатков указанного способа является преобладание (высокая доля) ручного труда.The disadvantage of this method is the need to use a massive copper bar, which leads to a halt in the welding process and rearrangement of the bar with extended welds, and the weld made in several steps has lower mechanical properties than the weld made in one step. Also one of the disadvantages of this method is the predominance (high proportion) of manual labor.

Известен способ лазерной сварки с присадочным материалом (Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов. М., Машиностроение, 1989, с. 197-198), в котором в качестве присадочного материала используется фольга. Перед сваркой фольга укладывается в стык свариваемых кромок. Толщина фольги (0,2-0,3)×10-3 м. Фольга имеет необходимый состав легирующих элементов. В процессе сварки фольга переплавляется вместе со свариваемыми кромками и образуется шов.A known method of laser welding with filler material (Grigoryants A.G. Fundamentals of laser processing of materials. M., Engineering, 1989, S. 197-198), in which foil is used as filler material. Before welding, the foil is placed in the joint of the welded edges. The thickness of the foil is (0.2-0.3) × 10 -3 m. The foil has the necessary composition of alloying elements. During the welding process, the foil is melted together with the welded edges and a seam is formed.

Недостатком способа является то, что укладывание фольги непосредственно в стык требует увеличения сборочных зазоров в стыке на толщину фольги, и вследствие присущей лазеру кинжальной формы проплавления металла трудно на всем протяжении стыка обеспечить сплавление кромок в корне шва, а также при смене формы свариваемого стыка или при переходе к другой свариваемой конструкции, необходимо использование соответствующей по форме и размерам вырубленной фольги, что повышает трудоемкость, связанную с операциями изготовления фольги, укладки и закрепления ее в стыке, так как операция изготовления фольги также увеличивает потери металла в отходы.The disadvantage of this method is that laying the foil directly in the joint requires an increase in the assembly gaps in the joint by the thickness of the foil, and due to the inherent laser dagger metal penetration, it is difficult to ensure fusion of the edges in the root of the seam along the joint, as well as when changing the shape of the welded joint or transition to another weldable structure, it is necessary to use a cut-out foil that is appropriate in shape and size, which increases the complexity associated with foil manufacturing, laying fixing it in the joint, as well as foil manufacturing operation increases the losses of metal in the waste.

Известен способ подачи присадочной проволоки в зону сварки (патент РФ №2202452, МПК B23K 9/12, опубл. 20.04.2003), заключающийся в том, что присадочную проволоку на длине перемещения в зону сварки, изгибают в плоскости, перпендикулярной к поверхности свариваемой заготовки, до получения на вылете заданного радиуса кривизны за счет остаточной деформации и снятия в проволоке внутреннего напряжения, после чего проволоку подают в зону сварки с ее касанием поверхности свариваемой заготовки в точке пересечения с осью сварочной горелки.A known method of filler wire feeding into the welding zone (RF patent No. 2202452, IPC B23K 9/12, publ. 04/20/2003), which consists in the fact that the filler wire along the length of the movement in the welding zone is bent in a plane perpendicular to the surface of the welded workpiece until a predetermined radius of curvature is obtained at the takeoff due to residual deformation and removal of internal stress in the wire, after which the wire is fed into the welding zone with its touching the surface of the workpiece to be welded at the point of intersection with the axis of the welding torch.

Недостатком способа является возможность выполнения только прямолинейных швов, для деформации проволоки и ее подачи требуется силовой механизм (привод, ролики и т.д.), проволока, как длинномерное тело, по своей длине имеет различные диапазоны значений предела текучести и, соответственно, такая проволока по своей длине деформируется по-разному, то есть на выходе из мундштука проволока имеет различный радиус изгиба. Это может привести к отрыву проволоки от поверхности свариваемой детали и, соответственно, к браку. Поскольку проволока подается в механизм подачи с катушки, то она уже имеет остаточную деформацию, которая нарушает деформацию, формируемую механизмом подачи, что приводит к отрыву проволоки от поверхности свариваемой детали, а также к поперечному уводу проволоки от продольной оси шва, что влечет за собой брак, а необходимость согласования скорости подачи проволоки и скорости сварки приводит к усложнению и удорожанию механизма подачи проволоки.The disadvantage of this method is the ability to perform only straight seams, for the deformation of the wire and its supply requires a power mechanism (drive, rollers, etc.), the wire, as a long body, has different ranges of yield strength and, accordingly, such a wire it deforms differently along its length, that is, at the exit from the mouthpiece, the wire has a different bending radius. This can lead to separation of the wire from the surface of the welded part and, consequently, to marriage. Since the wire is fed into the feed mechanism from the coil, it already has a residual deformation that violates the deformation formed by the feed mechanism, which leads to the separation of the wire from the surface of the welded part, as well as to the transverse withdrawal of the wire from the longitudinal axis of the seam, which entails marriage , and the need to coordinate the wire feed speed and welding speed leads to the complication and cost of the wire feed mechanism.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ лазерной сварки (патент РФ №2038937, МПК В23К 26/00, опубл. 09.07.1995), при котором в сварочную ванну подают присадочную проволоку и направляют в нее сфокусированный лазерный луч, а подачу проволоки осуществляют по касательной к свариваемому изделию, причем проволоку прижимают к свариваемому стыку или к его разделке, а одновременно со сварочной проволокой в том же направлении подают защитный газ.Closest to the claimed invention is a laser welding method (RF patent No. 2038937, IPC В23К 26/00, publ. 09/07/1995), in which a filler wire is fed into the weld pool and a focused laser beam is directed into it, and the wire is fed tangentially to the welded product, and the wire is pressed against the welded joint or to its cutting, and simultaneously with the welding wire in the same direction serves the protective gas.

Недостатком этого способа является то, что для подачи присадочной проволоки требуется силовой привод (двигатель, ролики и т.д.), для каждого типоразмера сварного шва требуется свой наконечник, для каждого диаметра присадочной проволоки требуется свой наконечник, при каждом изменении режима сварки при смене деталей требуется расчет и перенастройка скорости устройства подачи проволоки, требуется охлаждение устройства подачи проволоки водой, возможна аварийная приварка устройства подачи проволоки к детали из-за разбрызгивания металла с последующим заклиниванием и выходом детали в брак, невозможность осуществления сварки тонкостенных (h≤1 мм) деталей, отсутствие возможности визуального контроля за точным совмещением зоны сварочной ванны со стыком свариваемых деталей и ее корректировки в процессе сварки и, как следствие, невозможность получения вакуумноплотных сварных швов различной конфигурации.The disadvantage of this method is that a power drive is required to supply the filler wire (motor, rollers, etc.), each tip requires its own tip, each tip diameter has its own tip, each time the welding mode changes when changing of parts, calculation and reconfiguration of the speed of the wire feed device is required, cooling of the wire feed device with water is required, emergency welding of the wire feed device to the part is possible due to metal spraying with the subsequent jamming and the workpiece marriage, the inability to weld thin-walled (h≤1 mm) parts, the lack of visual control over the exact alignment of the weld pool area with the joint of the parts being welded and its adjustment during welding, and, as a result, the impossibility of obtaining vacuum tight welds various configuration.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для сварки (А.с. СССР №1830321 А1, кл. В23К 9/12, опубл. 30.07.1993), содержащее кронштейн, установленный под углом 3-5° относительно поверхности свариваемой заготовки, на котором установлены сварочная горелка и подвеска, последняя состоит из стойки с шарнирно соединенной с ней подпружиненной державкой, криволинейный тракт подачи присадочной проволоки в зону сварки, расположенный в плоскости, перпендикулярной к поверхности свариваемой заготовки, с мундштуком на конце, в последнем эксцентрично тракту выполнено выходное отверстие с эксцентриситетом вдоль оси, расположенной в плоскости криволинейного тракта, со смещением в направлении свариваемой заготовки.Closest to the claimed invention is a device for welding (AS USSR No. 1830321 A1, class B23K 9/12, publ. 07/30/1993) containing a bracket mounted at an angle of 3-5 ° relative to the surface of the workpiece being welded, on which a welding torch and suspension are installed, the latter consists of a stand with a spring-loaded holder pivotally connected to it, a curved path for supplying the filler wire to the welding zone, located in a plane perpendicular to the surface of the workpiece to be welded, with a mouthpiece at the end, in the last eccentric adic path discharge opening with eccentricity along an axis lying in the plane of the curved path, with a shift in the direction of the welded workpiece.

Недостатком известного устройства является наличие отрыва присадочной проволоки от поверхности свариваемой заготовки из-за того, что криволинейный тракт не позволяет выровнять присадочную проволоку и получить на вылете в зону сварки заданный радиус кривизны и снять в проволоке внутреннее напряжение, а пружина коррекции подвески мундштука, шарнирно установленной на стойке, снижает свою упругость под воздействием термоциклирования сварочной дуги.A disadvantage of the known device is the presence of a tear-off of the filler wire from the surface of the workpiece to be welded due to the fact that the curved path does not allow to align the filler wire and obtain a predetermined radius of curvature at the exit to the welding zone and remove internal stress in the wire, and the suspension correction spring of the mouthpiece pivotally mounted on the stand, reduces its elasticity under the influence of thermal cycling of the welding arc.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение является повышение вакуумной плотности и надежности сварных швов при реализации способа лазерной сварки вакуумно-плотных кольцевых, спиральных и прямолинейных швов, в том числе тонкостенных деталей (h≤1 мм), с помощью универсального устройства подачи проволоки, с реализацией подачи проволоки в сварочную ванну самовытягиванием и исключением силового механизма для подачи проволоки, исключением системы водяного охлаждения, упрощением технологической оснастки, а также реализацией возможности, при наличии разделки кромок шва, самоцентрирования проволоки и ее натягивания в канавке шва, что устраняет слабину проволоки из-за ее пластической деформации при хранении в катушке и обеспечивает ее плотное прилегание к поверхности свариваемой детали, а также корректировки зоны сварочной ванны относительно стыка свариваемых деталей.The task to which the invention is directed is to increase the vacuum density and reliability of welds when implementing a laser welding method for vacuum-tight annular, spiral and straight welds, including thin-walled parts (h≤1 mm), using a universal wire feed device, with the implementation of the filing of the wire into the weld pool by self-pulling and the exclusion of the power mechanism for feeding the wire, the exclusion of the water cooling system, the simplification of technological equipment, as well as the real This is possible if there are grooves of the weld, self-centering of the wire and its tension in the groove of the weld, which eliminates the slack of the wire due to its plastic deformation during storage in the coil and ensures its tight fit to the surface of the welded part, as well as adjusting the zone of the weld pool relative to the joint parts to be welded.

1. Указанная задача решается тем, что предложен способ лазерной сварки вакуумно-плотных кольцевых, спиральных и прямолинейных швов металлических деталей, включающий подачу присадочной проволоки через сменный калибрующий наконечник по касательной к свариваемому изделию в сварочную ванну, прижим присадочной проволоки к свариваемому стыку и направление в него сфокусированного лазерного луча, подачу одновременно с присадочной проволокой защитного газа, отличающийся тем, что лазерную сварку осуществляют импульсно-периодическим лазерным лучом с получением квазинепрерывного сварного шва, при этом осуществляют прихватывание проволоки относительно свариваемого металла, перемещение свариваемой детали с прихваченной к ней присадочной проволокой относительно неподвижного лазерного луча, прижим присадочной проволоки к свариваемой детали за счет внутреннего напряжения, возникающего при деформации в пределах упругости присадочной проволоки по дуге и непрерывную подачу проволоки в сварочную ванну самовытягиванием.1. This problem is solved by the fact that a method for laser welding of vacuum-tight ring, spiral and straight seams of metal parts is proposed, including filler wire feeding through a replaceable gauge tip tangentially to the welded product into the weld pool, filler wire clamping to the welded joint and direction to focused laser beam, the supply simultaneously with the filler wire of the protective gas, characterized in that the laser welding is carried out by a pulse-periodic laser beam to produce a quasi-continuous weld, while grabbing the wire relative to the metal being welded, moving the welded part with the filler wire tied to it relative to the stationary laser beam, pressing the filler wire to the welded part due to internal stress arising from deformation within the elasticity of the filler wire along arc and continuous wire feed into the weld pool by self-drawing.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что калибровочный наконечник и проволоку размещают таким образом, чтобы ось калибровочного наконечника и плоскость деформации проволоки были расположены в одной общей плоскости, совпадающей с плоскостью вектора результирующей скорости движения сварочной ванны и оптической оси луча.2. The method according to p. 1, characterized in that the calibration tip and the wire are placed so that the axis of the calibration tip and the plane of deformation of the wire are located in one common plane that coincides with the plane of the vector of the resulting movement speed of the weld pool and the optical axis of the beam.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что сменный калибровочный наконечник перемещают по двум взаимно перпендикулярным осям, одна из которых перпендикулярна плоскости, образованной оптической осью луча и вектором результирующей скорости движения сварочной ванны, а другая - параллельна вектору результирующей скорости движения сварочной ванны.3. The method according to p. 1 or 2, characterized in that the replaceable calibration tip is moved along two mutually perpendicular axes, one of which is perpendicular to the plane formed by the optical axis of the beam and the vector of the resulting speed of motion of the weld pool, and the other is parallel to the vector of the resulting speed of movement weld pool.

4. Устройство для лазерной сварки вакуумно-плотных кольцевых, спиральных и прямолинейных швов металлических деталей способом по одному из пп. 1-3, содержащее неподвижное основание с устройством для крепления, вращения и продольного перемещения детали, закрепленный неподвижно, относительно основания лазер, устройство для подачи защитного газа и подающий присадочную проволоку сменный калибрующий наконечник, который связан со стойкой, размещенной на неподвижном основании и снабженной механизмом перемещения по двум взаимно перпендикулярным направлениям, одно из которых перпендикулярно плоскости, образованной оптической осью луча и вектором результирующей скорости движения сварочной ванны, а другое - параллельно вектору результирующей скорости движения сварочной ванны.4. A device for laser welding of vacuum-tight annular, spiral and straight seams of metal parts by the method according to one of paragraphs. 1-3, containing a fixed base with a device for mounting, rotation and longitudinal movement of the part, fixed motionless relative to the base of the laser, a device for supplying a protective gas and a filler wire that supplies a filler wire, which is connected to a stand placed on a fixed base and equipped with a mechanism displacements in two mutually perpendicular directions, one of which is perpendicular to the plane formed by the optical axis of the beam and the vector of the resulting velocity of motion with arched bath, and the other - parallel to the vector of the resultant speed of the weld pool movement.

5. Устройство по п. 4., отличающееся тем, что сменный калибрующий наконечник связан со стойкой с возможностью перемещения и фиксации наконечника не менее чем по четырем степеням свободы.5. The device according to claim 4., characterized in that the replaceable gage tip is connected to the stand with the ability to move and fix the tip in at least four degrees of freedom.

На фиг. 1 и фиг. 2 представлены чертежи, иллюстрирующие заявленное техническое решение, где:In FIG. 1 and FIG. 2 presents drawings illustrating the claimed technical solution, where:

- фиг. 1 - продольное сечение сварочной ванны при лазерной сварке по предлагаемому способу;- FIG. 1 is a longitudinal section of a weld pool during laser welding according to the proposed method;

- фиг. 2 - схема устройства (вид сбоку и сверху).- FIG. 2 - diagram of the device (side view and top).

Заявленный способ базируется на том, что в основе протекающих процессов сварки лежат процессы взаимодействия импульсно-периодического лазерного излучения со свариваемым металлом и присадочной проволокой.The claimed method is based on the fact that the processes of the interaction of pulsed-periodic laser radiation with the metal being welded and the filler wire are the basis for the ongoing welding processes.

На фиг. 1 показано то, что при подаче сфокусированного лазерного импульса 1 заданной формы с заранее установленной плотностью мощности Е, необходимой для прогрева металла 2 до температуры плавления по глубине h и длительностью τ, образуется сварочная ванна, где происходит, нагрев металлов, их расплавление и образование парогазового канала 4. При прерывании импульса выдерживают паузу длительностью (Тимп - τ), во время которой происходит охлаждение расплавленного металла 5 и истекающей из парогазового канала 4 плазмы 7 за счет отвода тепла в толщу металла 2, атмосферу и обдува защитным газом. Расплавленный металл при охлаждении кристаллизуется и образует сварной шов 6. Фронт кристаллизации жидкого металла направлен от границы жидкого металла с толщей твердого свариваемого металла к центру парогазового канала. В результате этого процесса образуется жесткая перемычка 8 закристаллизовавшегося металла между свариваемым металлом 2 и присадочной проволокой 3, которая прихватывает проволоку 3 относительно свариваемого металла 2. Для образования жесткой перемычки 8 необходимо, чтобы время между импульсами (Тимп - τ) превышало время кристаллизации (Ткр) жидкого металла в сварочной ванне. В результате при перемещении свариваемой детали 2 с прихваченной к ней присадочной проволокой 3 относительно неподвижного лазерного луча (Vсв) происходит самоперенос присадочной проволоки 3 в место подачи последующего импульса лазерного луча, формируемого квазинепрерывного сварного шва 6 и, при наличии разделки кромок шва, самоцентрирования проволоки и ее натягивание в канавке шва, что устраняет слабину проволоки из-за ее пластической деформации при хранении в катушке. Реализация вышеперечисленных условий позволяет получать вакуумноплотные сварные швы с величиной натекания по гелию не более 1×10-12 Па м3/с.In FIG. 1 shows that when a focused laser pulse 1 of a given shape is supplied with a predetermined power density E necessary for heating metal 2 to a melting temperature in depth h and duration τ, a weld pool is formed where metals are heated, their melting and vapor-gas formation 4. When interrupt channel impulse withstand pause duration (T imp - τ), during which the cooling of the molten metal 5 and the effluent of gas-steam channel plasma 4 7 by removing heat in the thick meth lla 2 atmosphere and blowing protective gas. When cooled, the molten metal crystallizes and forms a weld 6. The crystallization front of the molten metal is directed from the boundary of the molten metal with the thickness of the welded metal to the center of the vapor-gas channel. As a result of this process, a rigid jumper 8 of crystallized metal is formed between the metal being welded 2 and filler wire 3, which grips the wire 3 relative to the metal being welded 2. For the formation of the hard jumper 8, it is necessary that the time between pulses (T imp - τ) exceeds the crystallization time (T cr ) liquid metal in the weld pool. As a result, when moving the welded part 2 with the filler wire 3 tied to it relative to the stationary laser beam (V cv ), the filler wire 3 self-transfers to the place where the next pulse of the laser beam is formed, which forms a quasi-continuous weld 6 and, if there are grooves on the seam, self-centering the wire and its pulling in the groove of the seam, which eliminates the slack of the wire due to its plastic deformation during storage in the coil. Implementation of the above conditions allows to obtain vacuum tight welds with a leakage value on helium of not more than 1 × 10 -12 Pa m 3 / s.

На фиг. 2 рассматривается частный случай вращательного движения детали для получения кольцевого шва. Свариваемую деталь 9 крепят в устройстве вращения и продольного перемещения 10, которое размещено на неподвижном основании 11. На основании 11 размещена стойка 12, которая снабжена механизмом перемещения 13 по двум взаимно перпендикулярным координатам 14. Относительно основания 11 неподвижно закреплен лазер 15, оптическая ось 16 (совпадает с лучом лазера) которого направлена в сварочную ванну 17. На стойке 12 размещен сменный калибрующий наконечник 18, через который пропущена присадочная проволока 19. Калибрующий наконечник 18 связан со стойкой 12 устройством 20, имеющим возможность перемещения и фиксации наконечника не менее чем по четырем степеням свободы 21. В зону сварочной ванны 17 подают защитный газ 22. Сменный калибровочный наконечник 18 фиксируют в пространстве таким образом, чтобы его ось и образовавшаяся дуга 23 упруго сдеформированной присадочной проволоки 19 между срезом наконечника 18 и сварочной ванной 17 лежали в плоскости, совпадающей с оптической осью 16 луча лазера и перпендикулярной оси вращения 24 детали 9. Сменный калибровочный наконечник 18 изготавливают с внутренним каналом, соответствующим диаметру применяемой присадочной проволоки 19. При включении подачи защитного газа 22, устройства вращения и продольного перемещения 10 и лазера 15, происходит вращательное движение детали 9 относительно неподвижного лазерного луча (оптическая ось) 16 с образованием сварочной ванны 17. При импульсно-периодическом режиме работы лазера после каждого импульса происходит прихватывание конца сварочной проволоки 19 к свариваемой детали 9 в зоне сварочной ванны 17 и поворот детали.In FIG. 2, a special case of rotational movement of a part to obtain an annular seam is considered. The welded part 9 is mounted in a rotation and longitudinal displacement device 10, which is placed on a fixed base 11. On the base 11, a stand 12 is provided, which is equipped with a movement mechanism 13 along two mutually perpendicular coordinates 14. Relative to the base 11, the laser 15 is fixedly mounted, the optical axis 16 ( coincides with the laser beam) which is directed into the weld pool 17. On the stand 12 there is a replaceable gauge tip 18 through which the filler wire 19 is passed. The gauge tip 18 is connected to the stand 12 of the device Property 20, with the ability to move and fix the tip by at least four degrees of freedom 21. A protective gas 22 is supplied to the zone of the weld pool 17. The replaceable calibration tip 18 is fixed in space so that its axis and the formed arc 23 of the elastically deformed filler wire 19 between the cut of the tip 18 and the weld pool 17 lay in a plane coinciding with the optical axis 16 of the laser beam and perpendicular to the axis of rotation 24 of part 9. Replaceable calibration tip 18 is made with an internal channel m, corresponding to the diameter of the filler wire used 19. When the shielding gas supply 22, the rotation and longitudinal displacement device 10 and the laser 15 are turned on, the part 9 rotates in relation to the stationary laser beam (optical axis) 16 to form a weld pool 17. When pulse-periodic after each pulse, the end of the welding wire 19 is grasped to the welded part 9 in the zone of the weld pool 17 and the part rotates.

Таким образом, при сварке квазинепрерывного шва, реализуется способ самовытягивания присадочной проволоки и ее непрерывная подача в движущуюся по поверхности детали сварочную ванну. Механизм перемещения стойки в процессе сварки позволяет производить корректировку подачи сварочной проволоки в сварочную ванну в случае неточного изготовления свариваемых стыков детали и увода проволоки из зоны сварки.Thus, when welding a quasi-continuous seam, a method of self-drawing of filler wire and its continuous supply to the weld pool moving on the surface of the part is implemented. The mechanism for moving the rack during the welding process allows you to adjust the supply of the welding wire to the weld pool in case of inaccurate manufacture of the welded joints of the part and the removal of the wire from the welding zone.

В случае линейного перемещения детали реализуется получение прямолинейного сварочного шва.In the case of linear movement of the part, a straight weld is obtained.

В случае линейного перемещения детали одновременно с ее вращением, реализуется получение спирального сварочного шва.In the case of linear movement of the part simultaneously with its rotation, a spiral weld is obtained.

Предложенное устройство, реализующее способ лазерной сварки вакуумно-плотных кольцевых, спиральных и прямолинейных швов металлических деталей позволяет производить электровакуумные приборы лазерной вакуумноплотной сваркой с применением присадочной проволоки диаметром 0,4 мм и 0,8 мм. Сварке подвергались сплавы 29НК-ВИ толщиной 0,4 мм и 1 мм, а также детали из нержавеющей стали марки 12Х18Н9Т.The proposed device that implements a laser welding method for vacuum-tight annular, spiral and rectilinear seams of metal parts allows the production of vacuum vacuum laser vacuum-tight welding using filler wire with a diameter of 0.4 mm and 0.8 mm. The 29NK-VI alloys with a thickness of 0.4 mm and 1 mm, as well as parts made of stainless steel 12X18H9T, were welded.

В результате получены сварные швы с величиной натекания по гелию не более 1×10-12 Пам3/с, что полностью удовлетворяет заданным техническим требованиям. Величину натекания измеряли масс-спектрометрическим течеискателем ULVAC Heliot-901W1-SN01808 с минимальным регистрируемым потоком гелия 5×10-13 Па м3/с.As a result, welds with helium leakage of not more than 1 × 10 -12 Pam 3 / s were obtained, which fully meets the specified technical requirements. The leakage value was measured by a ULVAC Heliot-901W1-SN01808 mass spectrometric leak detector with a minimum detectable helium flux of 5 × 10 -13 Pa m 3 / s.

Claims (5)

1. Способ лазерной сварки вакуумно-плотных кольцевых, спиральных и прямолинейных швов металлических деталей, включающий подачу присадочной проволоки через сменный калибрующий наконечник по касательной к свариваемому изделию в сварочную ванну, прижим присадочной проволоки к свариваемому стыку и направление в него сфокусированного лазерного луча, подачу одновременно с присадочной проволокой защитного газа, отличающийся тем, что лазерную сварку осуществляют импульсно-периодическим лазерным лучом с получением квазинепрерывного сварного шва, при этом осуществляют прихватывание проволоки относительно свариваемого металла, перемещение свариваемой детали с прихваченной к ней присадочной проволокой относительно неподвижного лазерного луча, прижим присадочной проволоки к свариваемой детали за счет внутреннего напряжения, возникающего при деформации в пределах упругости присадочной проволоки по дуге, и непрерывную подачу проволоки в сварочную ванну самовытягиванием.1. A method of laser welding of vacuum-tight annular, spiral and rectilinear seams of metal parts, including filing a filler wire through a replaceable gauge tip tangentially to the welded product into the weld pool, clamping filler wire to the welded joint and directing a focused laser beam into it, feeding simultaneously with a protective gas filler wire, characterized in that the laser welding is carried out by a pulsed-periodic laser beam to obtain a quasi-continuous welded weld, while grabbing the wire relative to the metal being welded, moving the welded part with the filler wire tied to it relative to the stationary laser beam, pressing the filler wire to the welded part due to internal stress arising from deformation within the elasticity of the filler wire along the arc, and continuous wire feed to the weld pool by self-drawing. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что калибровочный наконечник и проволоку размещают таким образом, чтобы ось калибровочного наконечника и плоскость деформации проволоки были расположены в одной общей плоскости, совпадающей с плоскостью вектора результирующей скорости движения сварочной ванны и оптической оси луча.2. The method according to p. 1, characterized in that the calibration tip and the wire are placed so that the axis of the calibration tip and the plane of deformation of the wire are located in one common plane that coincides with the plane of the vector of the resulting movement speed of the weld pool and the optical axis of the beam. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что сменный калибровочный наконечник перемещают по двум взаимно перпендикулярным осям, одна из которых перпендикулярна плоскости, образованной оптической осью луча и вектором результирующей скорости движения сварочной ванны, а другая параллельна вектору результирующей скорости движения сварочной ванны.3. The method according to p. 1 or 2, characterized in that the replaceable calibration tip is moved along two mutually perpendicular axes, one of which is perpendicular to the plane formed by the optical axis of the beam and the vector of the resulting speed of motion of the weld pool, and the other is parallel to the vector of the resulting speed of motion of the welding bathtubs. 4. Устройство для лазерной сварки вакуумно-плотных кольцевых, спиральных и прямолинейных швов металлических деталей способом по одному из пп. 1-3, содержащее неподвижное основание с устройством для крепления, вращения и продольного перемещения детали, закрепленный неподвижно относительно основания лазер, устройство для подачи защитного газа и подающий присадочную проволоку сменный калибрующий наконечник, который связан со стойкой, размещенной на неподвижном основании и снабженной механизмом перемещения по двум взаимно перпендикулярным направлениям, одно из которых перпендикулярно плоскости, образованной оптической осью луча и вектором результирующей скорости движения сварочной ванны, а другое параллельно вектору результирующей скорости движения сварочной ванны.4. A device for laser welding of vacuum-tight annular, spiral and straight seams of metal parts by the method according to one of paragraphs. 1-3, containing a fixed base with a device for mounting, rotation and longitudinal movement of the part, fixed laser mounted relative to the base, a protective gas supply device and a filler gauge that feeds filler wire, which is connected to a stand placed on a fixed base and equipped with a movement mechanism in two mutually perpendicular directions, one of which is perpendicular to the plane formed by the optical axis of the beam and the vector of the resulting speed of motion arched bath, and the other parallel to the vector of the resulting speed of the weld pool. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что сменный калибрующий наконечник связан со стойкой с возможностью перемещения и фиксации наконечника не менее чем по четырем степеням свободы.5. The device according to claim 4, characterized in that the replaceable gage tip is connected to the rack with the ability to move and fix the tip in at least four degrees of freedom.
RU2019107672A 2019-03-18 2019-03-18 Method of laser welding of vacuum-tight annular, spiral and rectilinear seams of metal parts and device for its implementation RU2715930C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019107672A RU2715930C1 (en) 2019-03-18 2019-03-18 Method of laser welding of vacuum-tight annular, spiral and rectilinear seams of metal parts and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019107672A RU2715930C1 (en) 2019-03-18 2019-03-18 Method of laser welding of vacuum-tight annular, spiral and rectilinear seams of metal parts and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2715930C1 true RU2715930C1 (en) 2020-03-04

Family

ID=69768432

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019107672A RU2715930C1 (en) 2019-03-18 2019-03-18 Method of laser welding of vacuum-tight annular, spiral and rectilinear seams of metal parts and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2715930C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU208810U1 (en) * 2021-01-25 2022-01-14 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" TI-NI WIRE FEED

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3989921A (en) * 1973-03-28 1976-11-02 Kobe Steel Ltd. Method and apparatus for non-consumable electrode type automatic arc welding
JPS564378A (en) * 1979-06-22 1981-01-17 Hitachi Ltd Inert gas shielded arc welding method
US5149939A (en) * 1991-07-03 1992-09-22 Aichi Sangyo, Co., Ltd. Automatic welding apparatus
RU2038937C1 (en) * 1992-09-28 1995-07-09 Акционерное общество "Лазерные комплексы" Method of laser welding
RU2202452C1 (en) * 2002-02-18 2003-04-20 Открытое акционерное общество "Казанский вертолетный завод" Method for feeding additive wire to welding zone and apparatus for performing the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3989921A (en) * 1973-03-28 1976-11-02 Kobe Steel Ltd. Method and apparatus for non-consumable electrode type automatic arc welding
JPS564378A (en) * 1979-06-22 1981-01-17 Hitachi Ltd Inert gas shielded arc welding method
US5149939A (en) * 1991-07-03 1992-09-22 Aichi Sangyo, Co., Ltd. Automatic welding apparatus
RU2038937C1 (en) * 1992-09-28 1995-07-09 Акционерное общество "Лазерные комплексы" Method of laser welding
RU2202452C1 (en) * 2002-02-18 2003-04-20 Открытое акционерное общество "Казанский вертолетный завод" Method for feeding additive wire to welding zone and apparatus for performing the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов. М., Машиностроение, 1989, с.197-198. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU208810U1 (en) * 2021-01-25 2022-01-14 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" TI-NI WIRE FEED

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5602458B2 (en) Method for joining two metal parts by a tungsten-inert gas welding method and apparatus for carrying out the method
EP0279113B1 (en) Manufacture of shape melted austenitic material components
CN106163719B (en) Open and be sent into using combination filler wire the welding system and method with the high intensity energy for the root pass welding of compound bore
WO2018021090A1 (en) Welding device
CN107953032A (en) Laser welding method and system for zero-clearance galvanized steel sheet splice joint
EP2709787A2 (en) System and method for high-speed cladding of metals
AU2007280344A1 (en) TIG braze-welding with metal transfer in drops at a controlled frequency
JPWO2010061422A1 (en) Composite welding method and composite welding equipment
US20100193571A1 (en) Inert gas tube and contact tube of an apparatus for improved narrow-gap welding
CN108608113A (en) A kind of adaptive laser soldering device and application method based on cooling velocity
US20100193476A1 (en) Inert gas tube and contact tube of an apparatus for improved narrow-gap welding
RU2715930C1 (en) Method of laser welding of vacuum-tight annular, spiral and rectilinear seams of metal parts and device for its implementation
EP2954969B1 (en) Multi-electrode electrogas arc welding method for thick steel plates and multi-electrode electrogas arc circumferential welding method for steel pipes
CN106944723A (en) A kind of low-alloy steel heat exchanger tube docking automatic soldering technique for filling melting ring
RU2637035C1 (en) Method of hybrid arc augmented laser welding of pipe longitudinal seam
US20120018405A1 (en) Protective gas tube and contact tube of a device for improved narrow-gap welding
US8319138B2 (en) Inert gas tube and contact tube of an apparatus for improved narrow-gap welding
US8686316B2 (en) Automatic welding device of the MIG/MAG type
CN112756752B (en) Self-adaptive adjustable double-wire consumable electrode arc welding device and method
EP3446825A1 (en) Laser cladding device and complex machine tool
JP2006198657A (en) Method of multi-layer welding, and structure formed by multi-layer welding
CN103273177A (en) Double-TIG (tungsten inert gas) welding system for thick plates and welding method implemented by double-TIG welding system
RU2653396C1 (en) Method of manufacturing the t-beam with laser beam
RU2497644C2 (en) Multiarc welding of welded blanks
RU2704874C1 (en) Hybrid ultrasonic welding method and device for its implementation