RU2763706C1 - Method for laser welding of dissimilar metal alloys - Google Patents
Method for laser welding of dissimilar metal alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2763706C1 RU2763706C1 RU2021106821A RU2021106821A RU2763706C1 RU 2763706 C1 RU2763706 C1 RU 2763706C1 RU 2021106821 A RU2021106821 A RU 2021106821A RU 2021106821 A RU2021106821 A RU 2021106821A RU 2763706 C1 RU2763706 C1 RU 2763706C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser beam
- welding
- laser
- displacement
- metal alloys
- Prior art date
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
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
-
- 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
-
- 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
- B23K26/351—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for trimming or tuning of electrical components
-
- 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
- B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
Abstract
Description
Изобретение относится к лазерной сварке разнородных металлических сплавов с контролем формирования состава металла сварного шва, может быть использовано в различных отраслях машиностроения для стыковых, нахлесточных и тавровых типов соединений. Повышение качества достигается за счет своевременного распознавания отклонения лазерного луча от заданной траектории и корректировки его траектории, что минимизирует количество брака и несплавлений.The invention relates to laser welding of dissimilar metal alloys with control of the formation of the composition of the weld metal, can be used in various branches of engineering for butt, lap and tee types of joints. Quality improvement is achieved due to the timely recognition of the deviation of the laser beam from a given trajectory and correction of its trajectory, which minimizes the number of rejects and non-melting.
Изобретение может быть использовано в машиностроении, автомобилестроении, изделиях и аппаратуре теплоэнергетики и теплообменной техники.The invention can be used in mechanical engineering, automotive industry, products and equipment of heat power engineering and heat exchange equipment.
Анализ отечественных и мировых тенденций производства аппаратуры теплообменной техники и изделий машиностроения, демонстрирует, что использование разнородных металлических материалов и сплавов, с существенно отличающимися теплофизическими свойствами, имеет несомненные перспективы. Немаловажным является разработка систем контроля и диагностики соединений из разнородных сплавов, особенно, непосредственного контроля формирования состава металла шва в процессе сварки высококонцентрированными источниками энергии, такими как лазерный и электронный луч.An analysis of domestic and global trends in the production of equipment for heat exchange equipment and engineering products demonstrates that the use of dissimilar metal materials and alloys with significantly different thermal properties has undoubted prospects. It is also important to develop systems for monitoring and diagnosing joints from dissimilar alloys, especially for direct control of the formation of the composition of the weld metal in the process of welding with highly concentrated energy sources, such as a laser and electron beam.
Известен способ сварки-пайки разнородных металлических сплавов лазерным лучом (патент 2732303 МПК B23K 26/346 (2014.01), В23К 31/02 (2006.01), B23K 1/005 (2006.01), B23K 9/23 (2006.01), B23K 33/00 (2006.01) опубликовано 15.09.2020 Бюл. № 26), включающий перемещение луча лазера вдоль стыка между соединяемыми заготовками, отличающийся тем, что лазерный луч смещают на одну из соединяемых заготовок на расстояние 0,5 - 5,0 мм от линии стыка, при этом интенсифицируют взаимодействие жидкого металла расплавляемой заготовки со второй заготовкой и смачивают ее путем осуществления круговых колебательных движений лазерного луча по диаметру 1 - 2 мм с образованием металлических связей между заготовками.A known method of welding-brazing dissimilar metal alloys with a laser beam (patent 2732303 IPC B23K 26/346 (2014.01), B23K 31/02 (2006.01),
Данный способ предназначен для лазерной сварки-пайки стыковых соединений из разнородных сплавов. В данном способе высокое качество сварно-паянного соединения обеспечивается за счет смещения лазерного луча на один из соединяемых компонентов. Однако, в данном способе не предусмотрена система контроля смещения лазерного луча и процесса сварки-пайки в реальном времени.This method is intended for laser welding-soldering of butt joints made of dissimilar alloys. In this method, the high quality of the welded-brazed joint is ensured by shifting the laser beam to one of the connected components. However, this method does not provide for a system for monitoring the displacement of the laser beam and the real-time welding-soldering process.
Известно устройство для адаптивного управления процессом прямого лазерного выращивания изделия (патент 185518, опубл. 07.12.2018 Бюл. № 34, B33Y 30/00 (2015.01), B22F 3/105 (2006.01), содержащее видеокамеру, оснащенную узкополосным оптическим фильтром, и блок управления, включающий в себя вычислительное устройство с программным ПИД алгоритмом регулирования мощности лазерного луча, при этом видеокамера связана с блоком управления посредством интерфейса Ethernet, отличающееся тем, что оно снабжено триангуляционным лазерным датчиком для измерения размеров изготавливаемого изделия, связанным с блоком управления по интерфейсу Ethernet.A device for adaptive control of the process of direct laser growth of a product is known (patent 185518, publ. control, which includes a computing device with a software PID algorithm for controlling the power of the laser beam, while the video camera is connected to the control unit via an Ethernet interface, characterized in that it is equipped with a triangulation laser sensor for measuring the dimensions of a manufactured product, connected to the control unit via an Ethernet interface.
Однако, данное устройство предназначено для регулирования мощности лазерного луча и обеспечения высокой точности управления геометрическими размерами получаемых трехмерных изделий.However, this device is designed to control the power of the laser beam and ensure high accuracy in controlling the geometric dimensions of the resulting three-dimensional products.
Известен способ лазерной сварки с контролем процесса формирования сварного шва (патент 2723493, опубл. 11.06.2020 Бюл. № 17, B23К 26/21 (2019.08), B23К 26/0622 (2019.08)), включающий сварку лазерным лучом с контролем процесса формирования сварного шва, отличающийся тем, что процесс сварки проводят в вакууме, в процессе сварки управляют удельной мощностью лазерного луча, при этом измеряют амплитуду и/или частоту вторично-эмиссионного электронного тока в плазме, образующейся над зоной воздействия лазерного луча на металл свариваемого изделия, для чего устанавливают над зоной сварки коллектор заряженных частиц, подают на коллектор положительный потенциал относительно свариваемого изделия и создают внешнюю цепь для зарядов плазмы, а в процессе сварки поддерживают амплитуду и/или частоту полученного сигнала на заданном уровне.A known method of laser welding with control of the process of formation of a weld (patent 2723493, publ. weld, characterized in that the welding process is carried out in a vacuum, during the welding process the specific power of the laser beam is controlled, while measuring the amplitude and / or frequency of the secondary emission electron current in the plasma formed above the zone of action of the laser beam on the metal of the welded product, for which a collector of charged particles is installed above the welding zone, a positive potential is applied to the collector relative to the workpiece being welded and an external circuit for plasma charges is created, and during the welding process the amplitude and/or frequency of the received signal is maintained at a given level.
Однако, данный способ предназначен для лазерной сварки с глубоким проплавлением однородных металлических сплавов. Также технологической сложностью указанного способа является необходимость ведения процесса лазерной сварки в вакуумной камере, что уменьшает производительность и ограничивает размеры обрабатываемых заготовок.However, this method is intended for deep penetration laser welding of homogeneous metal alloys. Also, the technological complexity of this method is the need to conduct the laser welding process in a vacuum chamber, which reduces productivity and limits the size of the workpieces being processed.
Техническая проблема, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в разработке способа лазерной сварки разнородных металлических сплавов с контролем формирования состава металла сварного шва, обеспечивающего повышение качества сварного соединения.The technical problem to be solved by the invention is to develop a method for laser welding of dissimilar metal alloys with control over the formation of the composition of the weld metal, which improves the quality of the welded joint.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в обеспечении повышения качества, уменьшения брака и повышения прочности сварного соединения за счет применения системы контроля и распознавания отклонения лазерного луча от заданной траектории.The technical result to which the present invention is directed is to improve the quality, reduce rejects and increase the strength of the welded joint through the use of a system for monitoring and recognizing the deviation of the laser beam from a given trajectory.
Технический результат достигается тем, что в способе лазерной сварки разнородных металлических сплавов, с контролем процесса формирования сварного шва, включающим сварку лазерным лучом с одновременным контролем качества сварного шва, отличающимся тем, что сварку проводят на открытом воздухе, либо в атмосфере защитных газов, в процессе сварки контролируют смещение лазерного луча от заданной траектории по изменению длины волны излучения плазменного факела парогазового канала, для чего над точкой взаимодействия лазерного луча с металлическим сплавом устанавливают фотодиоды, оснащенные интерференционными узкополосными оптическими светофильтрами, с возможностью синхронного перемещения с лазерным лучом, по отклонению значения длины волны излучения плазменного факела от значения, соответствующего свариваемым металлическим сплавам, в результате смещения лазерного луча, судят о качестве сварного шва и фиксируют место возможного дефекта.The technical result is achieved by the fact that in the method of laser welding of dissimilar metal alloys, with the control of the formation of the weld, including welding with a laser beam with simultaneous quality control of the weld, characterized in that welding is carried out in the open air, or in an atmosphere of protective gases, in the process welding control the displacement of the laser beam from a given trajectory by changing the wavelength of the radiation of the plasma torch of the gas-vapor channel, for which photodiodes are installed above the point of interaction of the laser beam with the metal alloy, equipped with interference narrow-band optical filters, with the possibility of synchronous movement with the laser beam, by the deviation of the wavelength value radiation of the plasma torch from the value corresponding to the welded metal alloys, as a result of the displacement of the laser beam, judge the quality of the weld and fix the location of a possible defect.
При сварке листов толщиной от 3 мм, для защиты фотодиодов и узкополосных светофильтров от брызг и капель расплавленного металла, применяется «воздушный нож».When welding sheets with a thickness of 3 mm or more, an “air knife” is used to protect photodiodes and narrow-band light filters from splashes and drops of molten metal.
Расстояние смещения лазерного луча выбирают исходя из характеристик смачиваемости и взаимной растворимости соединяемых металлических сплавов.The laser beam displacement distance is chosen based on the wettability and mutual solubility characteristics of the metal alloys to be joined.
На фигуре 1 представлены заготовки из разнородных материалов перед сваркой и установленные интерференционные узкополосные светофильтры и фотодиоды.The figure 1 shows blanks made of dissimilar materials before welding and installed narrow-band interference filters and photodiodes.
На фигуре 2 представлен процесс лазерной сварки, в результате которого формируется плазменный факел парогазового канала и испускаемое им излучение определенной длины волны.The figure 2 shows the process of laser welding, which results in the formation of a plasma torch of the gas-vapor channel and the radiation of a certain wavelength emitted by it.
Позиции на фигурах: 1 - первый свариваемый сплав; 2 - второй свариваемый сплав; 3 - полость стыка заготовок; 4 - лазерный луч; 5 - интерференционный узкополосный светофильтр, направленный на первый сплав; 6 - фотодиод, направленный на первый сплав, 7 - интерференционный узкополосный светофильтр, направленный на второй сплав; 8 - фотодиод, направленный на второй сплав, 9 - плазменный факел парогазового канала, 10 - излучение соответствующей длины волны от металла первого сплава.Positions on the figures: 1 - the first welded alloy; 2 - the second welded alloy; 3 - blank joint cavity; 4 - laser beam; 5 - interference narrow-band light filter directed at the first alloy; 6 - photodiode directed at the first alloy, 7 - interference narrow-band light filter directed at the second alloy; 8 - photodiode directed at the second alloy, 9 - plasma torch of the steam-gas channel, 10 - radiation of the corresponding wavelength from the metal of the first alloy.
Сущность способа заключается в следующем.The essence of the method is as follows.
Изобретение относится к лазерной сварке разнородных металлических сплавов с контролем процесса формирования сварного шва, может быть использовано в различных отраслях машиностроения для стыковых, угловых и тавровых типов соединений. В способе контролируют процесс лазерной сварки, посредством наблюдения в реальном времени за излучаемым световым потоком плазменного факела парогазового канала, образованного в результате взаимодействия лазерного луча и металлического сплава. Производят механическую и (или) химическую подготовку листовых заготовок из разнородных сплавов 1 и 2, устанавливают их на сварочный стол или полету портальной установки, образуя между заготовками минимальный зазор, наводят лазерный луч 4 на один из разнородных сплавов, задавая отступ от полости стыка 3 в диапазоне 0.1 - 2 мм, определяемый сварщиком-технологом, устанавливают и фиксируют фотодиоды 6 и 8 для первого и для второго свариваемых сплавов в области на 50 - 300 мм выше точки взаимодействия лазерного луча со свариваемой заготовкой, на которую смещен лазерный луч, направляя их на данную точку, перед фотодиодами устанавливают интерференционные узкополосные светофильтры (ИУПСФ) 5 и 7, пропускающие излучение соответствующей длины волны для каждого из разнородных сплавов. Обеспечивают движение фотодиодов с соответствующими интерференционными светофильтрами синхронно с точкой взаимодействия лазерного луча со свариваемой заготовкой выдерживая заданное расстояние вне зависимости от изменения пространственного положения. Расстояние смещения лазерного луча на одну из свариваемых заготовок зависит от толщины свариваемых заготовок, природы сплава, необходимых эксплуатационных свойств соединения. Фотодиод для первого свариваемого сплава оснащается ИУПСФ выбранным таким образом, чтобы его пропускающая способность соответствовала длине волны излучаемого характеристического светового спектра плазменного факела парогазового канала свариваемого сплава 1. Аналогичным образом подбирается ИУПСФ, устанавливаемый перед фотодиодом, направленным на свариваемый сплав 2. Наблюдение за плазменным факелом и распознавание отклонения лазерного луча продолжается до момента прекращения действия лазерного излучения.The invention relates to laser welding of dissimilar metal alloys with control of the process of formation of the weld, can be used in various branches of engineering for butt, fillet and tee types of joints. In the method, the laser welding process is controlled by observing in real time the emitted light flux of the plasma torch of the gas-vapor channel formed as a result of the interaction of the laser beam and the metal alloy. Produce mechanical and (or) chemical preparation of sheet blanks from
Устройство для контроля смещения лазерного луча при сварке разнородных сплавов состоит из вычислительного устройства, оснащенного программным обеспечением с алгоритмом выключения лазерного луча или регулирования траектории лазерного луча посредством подачи команды на блок управления роботизированного комплекса. Система наблюдения за плазменным факелом и распознавания отклонения лазерного луча состоит из минимум одного фотодиода, оснащенного ИУПСФ определенной длины волны, или может включать несколько фотодиодов со светофильтрами для каждого из свариваемых разнородных сплавов, системы крепления, фиксации и наведения на место сварки. Система крепления устанавливается на фланце последней руки робота совместно с лазерной головкой, либо используется система синхронного движения с лазерной головкой автономно от роботизированного комплекса, с помощью которого осуществляют перемещение лазерной головки.The device for controlling the displacement of the laser beam during welding of dissimilar alloys consists of a computing device equipped with software with an algorithm for turning off the laser beam or adjusting the laser beam trajectory by sending a command to the control unit of the robotic complex. The system for monitoring the plasma torch and recognizing the deviation of the laser beam consists of at least one photodiode equipped with an IUPSF of a certain wavelength, or it may include several photodiodes with light filters for each of the dissimilar alloys being welded, a system for fastening, fixing and pointing at the welding site. The fastening system is installed on the flange of the last arm of the robot together with the laser head, or a synchronous movement system with a laser head is used independently from the robotic complex, with the help of which the laser head is moved.
При лазерной сварке разнородных сплавов лазерный луч наводится на стык соединяемых листовых заготовок, либо смещается на одну из заготовок с точностью 0.1 мм с целью улучшения свариваемости за счет минимизации или отсутствия плавления одного из компонентов и образования сварно-паянного соединения, как описано в патенте 2732303. При этом смещение от заданной траектории на 0.1 мм и более может привести к ухудшению качества сварного соединения за счет нарушения выбранного соотношения плавления соединяемых заготовок (50/50, 90/10, 70/30 и т.д.). Результатом нарушения соотношения плавления соединяемых заготовок являются нежелательные процессы несмачиваемости и взаимной нерастворимости свариваемых разнородных сплавов, металлургические процессы, в результате которых будет образовываться хрупкий интерметаллидный слой большой толщины и объема или нежелательный фазовый состав металла сварного шва.In laser welding of dissimilar alloys, the laser beam is directed at the joint of the sheet workpieces being joined, or is shifted to one of the workpieces with an accuracy of 0.1 mm in order to improve weldability by minimizing or not melting one of the components and forming a welded-brazed joint, as described in patent 2732303. In this case, a shift from a given trajectory by 0.1 mm or more can lead to a deterioration in the quality of the welded joint due to a violation of the selected melting ratio of the workpieces to be joined (50/50, 90/10, 70/30, etc.). The result of the violation of the melting ratio of the joined workpieces is undesirable processes of non-wettability and mutual insolubility of welded dissimilar alloys, metallurgical processes, as a result of which a brittle intermetallic layer of large thickness and volume will be formed, or an undesirable phase composition of the weld metal.
В процессе лазерной сварки разнородных металлических сплавов фотодиоды, оснащенные соответствующими ИУПСФ, для первого и для второго свариваемых сплавов направлены в область на 50 - 300 мм выше точки взаимодействия лазерного луча со свариваемыми заготовками и двигаются синхронно с данной точкой выдерживая заданное расстояние, вне зависимости от изменения пространственного положения. В результате взаимодействия лазерного излучения с металлическим материалом формируется вышеупомянутый плазменный факел, испускающий световые волны определенной длины характеристического светового спектра для обрабатываемого металлического сплава, на который направлен лазерный луч. Излучение данного светового спектра попадает на ИУПСФ фотодиодов первого и второго свариваемых сплавов.In the process of laser welding of dissimilar metal alloys, photodiodes equipped with the appropriate IUPSF for the first and second welded alloys are directed to the area 50–300 mm above the point of interaction of the laser beam with the workpieces being welded and move synchronously with this point, maintaining a given distance, regardless of the change spatial position. As a result of the interaction of laser radiation with a metal material, the aforementioned plasma torch is formed, which emits light waves of a certain length of the characteristic light spectrum for the metal alloy being processed, to which the laser beam is directed. The radiation of this light spectrum falls on the IUPSF photodiodes of the first and second welded alloys.
В случае если лазерный луч направлен на первый сплав, образовавшееся излучение плазменного факела будет проходить через ИУПСФ первого сплава и попадать на фотодиод, который будет передавать сигнал в блок управления. В это же время образовавшееся излучение плазменного факела от первого сплава не будет проходить через ИУПСФ второго сплава, попадать на фотодиод для второго сплава и, соответственно, не будет передавать сигнал в блок управления.If the laser beam is directed at the first alloy, the resulting plasma torch radiation will pass through the IUPSF of the first alloy and fall on the photodiode, which will transmit a signal to the control unit. At the same time, the resulting radiation of the plasma torch from the first alloy will not pass through the IUPSF of the second alloy, fall on the photodiode for the second alloy, and, accordingly, will not transmit a signal to the control unit.
В случае смещения лазерного луча с заданной траектории с первого сплава, в результате сбоя или ошибки управляющей команды роботизированного или автоматизированного комплекса лазерной сварки, либо в результате смещения стыка заготовок в результате некачественной сборки, излучение световых волн определенной длины плазменного факела от первого сплава изменится или пропадет. Это приведет к потере передаваемого сигнала в блок управления от фотодиода первого сплава, что, в соответствии с программой управления, приведет к сигналу об ошибке и остановит процесс лазерной сварки. Также посредством подачи сигнала в блок управления вычислительное устройство может скорректировать траекторию движения лазерного луча до появления потерянного сигнала, в другом случае процесс лазерной сварки продолжится с фиксацией места сигнала, с целью уточнения места возможного дефекта.In case of displacement of the laser beam from a given trajectory from the first alloy, as a result of a failure or error of the control command of a robotic or automated laser welding complex, or as a result of a displacement of the joint of workpieces as a result of poor assembly, the emission of light waves of a certain length of the plasma torch from the first alloy will change or disappear . This will result in the loss of the transmitted signal to the control unit from the photodiode of the first alloy, which, according to the control program, will lead to an error signal and stop the laser welding process. Also, by supplying a signal to the control unit, the computing device can correct the trajectory of the laser beam until a lost signal appears, otherwise the laser welding process will continue with fixing the signal location in order to clarify the location of a possible defect.
Ввиду того, что при лазерной сварке заготовок из металлических сплавов толщиной более 3 мм возможно разбрызгивание жидкого металла из сварочной ванны и попадание брызг и капель жидкого металла на фотодиоды и ИУПСФ, применяется защита в виде «воздушного ножа». «Воздушный нож» - это поток воздушной массы, направленный под давлением через отверстие прямоугольной формы перпендикулярно направлению движения брызг и капель. «Воздушный нож» устанавливается перед ИУПСФ на расстоянии 20 - 100 мм. Геометрические размеры поперечного сечения отверстия прямоугольной формы находятся в диапазоне 30 - 100 мм × 0.5 - 2 мм.Due to the fact that during laser welding of workpieces made of metal alloys with a thickness of more than 3 mm, splashing of liquid metal from the weld pool and splashes and drops of liquid metal on photodiodes and IUPSF are possible, protection in the form of an “air knife” is used. "Air knife" is a stream of air mass directed under pressure through a rectangular hole perpendicular to the direction of splashes and drops. The "air knife" is installed in front of the IUPSF at a distance of 20 - 100 mm. The geometric dimensions of the cross section of a rectangular hole are in the range of 30 - 100 mm × 0.5 - 2 mm.
Обоснование технического результата заключается в следующем.The rationale for the technical result is as follows.
Из физики процесса обработки лазерным лучом (Григорянц А.Г. Технологические процессы лазерной обработки / А.Г. Григорянц, И.Н. Шиганов, А.И. Мисюров // Учебн. пособие для ВУЗов. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э Баумана, 2006. 664 с.; Шиганов И.Н., Курынцев С.В. Современные тенденции лазерной сварки (Обзор часть 1). Наукоемкие технологии в машиностроении. 2015, № 6, 35 - 42.; Курынцев С.В., Шиганов И.Н., Исхаков Ф.Р., Гильмутдинов А.Х. Контроль параметров ванны расплава при лазерной сварке с использованием скоростной видеокамеры. Наукоемкие технологии в машиностроении 2017. № 3, 31 - 37) известно, что в результате взаимодействия лазерного излучения определённой мощности с металлическим материалом в результате лавинной ионизации происходит образование парогазового канала, сопровождаемое формированием плазменного факела над поверхностью металлического материала, либо, при меньшей мощности лазерного излучения, будет происходить образования паров металла. Данный плазменный факел состоит из испаряющегося металла в смеси с окружающей атмосферой или защитного газа.From the physics of the processing process with a laser beam (Grigoryants A.G. Technological processes of laser processing / A.G. Grigoryants, I.N. Shiganov, A.I. Misyurov // Textbook for universities. - M .: Publishing House of MSTU N.E. Bauman, 2006. 664 pp. Shiganov I.N., Kuryntsev S.V. Current trends in laser welding (Review part 1) Science-intensive technologies in mechanical engineering 2015, No. 6, 35 - 42.; Kuryntsev It is known that as a result of the interaction of laser radiation of a certain power with a metal material, as a result of avalanche ionization, a vapor-gas channel is formed, accompanied by the formation of a plasma torch above the surface of the metal material, or, at a lower laser radiation power, metal vapor will be formed. This plasma torch consists of evaporating metal mixed with the surrounding atmosphere or shielding gas.
Каждый металл, и каждая система сплавов, при взаимодействии с высококонцентрированными источниками энергии (электрической или плазменной дугой, электронным или лазерным лучом) переходят в газообразное состояние и излучают спектр определенной длины волны и интенсивности. По количественным характеристикам длины волны излучения и интенсивности можно определить качественный и количественный химический состав, обрабатываемого лазерным лучом металлического сплава. Однако, в данном изобретении предлагается не определять химический состав свариваемых сплавов, а использовать интерференционный узкополосный светофильтр для конкретного сплава. То есть, зная марку свариваемых разнородных сплавов установить на основе какого химического элемента состоит каждый из сплавов (железо, алюминий, титан, медь, магний, никель). Далее, для каждого из известных, свариваемого сплава 1 и для свариваемого сплава 2 подобрать интерференционный узкополосный светофильтр определенной длины волны. Интерференционный светофильтр отражает одну и пропускает другую часть спектра, падающего на него излучения благодаря явлению многолучевой интерференции в диэлектрических пленках, и может обеспечивать ширину полосы пропускания или подавления до 0,1 - 0,15 нм из диапазона 500 нм. В процессе лазерной сварки через ИУПСФ для свариваемого сплава 1 будет пропускаться только излучение, характерное для свариваемого сплава 1, через ИУПСФ для свариваемого сплава 2, соответственно, будет пропускаться только излучение, характерное для свариваемого сплава 2. Данное излучение, попадая на фотодиод будет преобразовываться в сигнал, передаваемый в блок управления.Each metal and each system of alloys, when interacting with highly concentrated sources of energy (electric or plasma arc, electron or laser beam), passes into a gaseous state and emits a spectrum of a certain wavelength and intensity. By the quantitative characteristics of the radiation wavelength and intensity, it is possible to determine the qualitative and quantitative chemical composition of the metal alloy processed by the laser beam. However, in this invention it is proposed not to determine the chemical composition of the alloys to be welded, but to use a narrow-band interference filter for a particular alloy. That is, knowing the brand of dissimilar alloys to be welded, establish on the basis of which chemical element each of the alloys consists (iron, aluminum, titanium, copper, magnesium, nickel). Further, for each of the known, welded
Автором заявляемого изобретения проводились опытные работы по исследованию процесса переплава лазерным лучом пластин из стали марки 12Х18Н10Т (Курынцев С.В., Шиганов И.Н., Исхаков Ф.Р., Гильмутдинов А.Х. Контроль параметров ванны расплава при лазерной сварке с использованием скоростной видеокамеры. Наукоемкие технологии в машиностроении 2017. № 3, 31 - 37). При проведении данных исследований применялась высокоскоростная видеокамера, оснащенная интерференционным светофильтром. Видеосъёмка велась на частоте 3000 к/с с разрешением 1280×960 точек, максимум пропускания полосового интерференционного светофильтра, использующегося для подавления излучения плазменного факела, составлял 810±20 нм. Полученные результаты, в том числе, показывают, что разработанную методику с применением интерференционного светофильтра, подавляющего излучение плазменного факела, можно использовать для наблюдения за динамикой расплавленного металла сварочной ванны в реальном времени.The author of the claimed invention carried out experimental work on the study of the process of remelting by a laser beam of plates made of steel grade 12X18H10T (Kuryntsev S.V., Shiganov I.N., Iskhakov F.R., Gilmutdinov A.Kh. Control of the parameters of the melt bath during laser welding using high-speed video camera Science-intensive technologies in mechanical engineering 2017. No. 3, 31 - 37). When conducting these studies, a high-speed video camera equipped with an interference light filter was used. Video filming was carried out at a frequency of 3000 fps with a resolution of 1280 × 960 pixels, the maximum transmission of a band-pass interference filter used to suppress plasma torch radiation was 810 ± 20 nm. The results obtained, among other things, show that the developed technique using an interference light filter that suppresses the radiation of a plasma torch can be used to monitor the dynamics of the molten metal of the weld pool in real time.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021106821A RU2763706C1 (en) | 2021-03-16 | 2021-03-16 | Method for laser welding of dissimilar metal alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021106821A RU2763706C1 (en) | 2021-03-16 | 2021-03-16 | Method for laser welding of dissimilar metal alloys |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2763706C1 true RU2763706C1 (en) | 2021-12-30 |
Family
ID=80040014
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021106821A RU2763706C1 (en) | 2021-03-16 | 2021-03-16 | Method for laser welding of dissimilar metal alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2763706C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2155654C2 (en) * | 1995-10-06 | 2000-09-10 | Эльпатроник АГ | Method and apparatus for monitoring position of beam for working blanks |
| RU2415739C2 (en) * | 2009-06-16 | 2011-04-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Камская государственная инженерно-экономическая академия" | Method of laser welding of parts made of different metals |
| RU2529135C2 (en) * | 2008-11-21 | 2014-09-27 | Прецитек Кг | Method and device for control over laser processing of part and laser processing head with above described device |
| EA028399B1 (en) * | 2015-02-20 | 2017-11-30 | Белорусский Национальный Технический Университет | Method for laser welding of parts made of dissimilar metals |
| RU193933U1 (en) * | 2019-04-17 | 2019-11-21 | Надежда Анатольевна Васильева | Laser head for welding inner circumferential seams of products |
| RU2723493C1 (en) * | 2019-07-15 | 2020-06-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Method of laser welding with control of formation process of welded seam |
-
2021
- 2021-03-16 RU RU2021106821A patent/RU2763706C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2155654C2 (en) * | 1995-10-06 | 2000-09-10 | Эльпатроник АГ | Method and apparatus for monitoring position of beam for working blanks |
| RU2529135C2 (en) * | 2008-11-21 | 2014-09-27 | Прецитек Кг | Method and device for control over laser processing of part and laser processing head with above described device |
| RU2415739C2 (en) * | 2009-06-16 | 2011-04-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Камская государственная инженерно-экономическая академия" | Method of laser welding of parts made of different metals |
| EA028399B1 (en) * | 2015-02-20 | 2017-11-30 | Белорусский Национальный Технический Университет | Method for laser welding of parts made of dissimilar metals |
| RU193933U1 (en) * | 2019-04-17 | 2019-11-21 | Надежда Анатольевна Васильева | Laser head for welding inner circumferential seams of products |
| RU2723493C1 (en) * | 2019-07-15 | 2020-06-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Method of laser welding with control of formation process of welded seam |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107030382B (en) | A kind of galvanized steel plain sheet laser splices welding method | |
| CN102424971B (en) | Rapid laser repair method and device for defect of aluminum alloy guide blade | |
| EP0527229B1 (en) | Laser and laser welding method | |
| CN102958641A (en) | Laser-based lap welding of sheet metal components using laser induced protuberances to control gap | |
| US9440314B2 (en) | Laser welding assembly and method | |
| US10888955B2 (en) | Avoiding hot cracks during laser welding of a workpiece stack-up assembly of aluminum alloy workpieces | |
| US20170239750A1 (en) | Laser welding metal workpieces | |
| JP2009148781A (en) | Laser welding method | |
| US11235422B2 (en) | Method for smoothing the surface of a laser weld joint | |
| Wang et al. | Interaction between laser-induced plasma/vapor and arc plasma during fiber laser-MIG hybrid welding | |
| JP2008126241A (en) | Laser welding method and device therefor | |
| CN112676702A (en) | Method and equipment for precise micro-welding of nonferrous metal by composite dual-wavelength | |
| US20200114469A1 (en) | Method for laser welding light metal workpieces that include a surface oxide coating | |
| CN107309563A (en) | A kind of laser electrical arc complex welding method of high-grade pipe line steel | |
| US20200101563A1 (en) | Smoothing method for enhanced weld surface quality | |
| CN109070271A (en) | The laser spot welding of stacked aluminium workpiece | |
| Victor | Hybrid laser arc welding | |
| CN109848560B (en) | Laser-arc composite heat source device and welding method thereof | |
| Liu et al. | Tensile resistance, microstructures of intermetallic compounds, and fracture modes of welded steel/aluminum joints produced using laser lap welding | |
| CN1943960A (en) | Coordinate control method for laser-electric arc composite welding | |
| RU2763706C1 (en) | Method for laser welding of dissimilar metal alloys | |
| CN104772554A (en) | Stepping arc welding type pulse tungsten argon arc welding arc voltage sensing fusion penetration control method | |
| CN104999178B (en) | Laser welding device carrying multiple sensors | |
| CN106064278B (en) | A kind of galvanized steel plain sheet laser lap welding method based on parital vacuum atmosphere | |
| RU2393069C1 (en) | Method of guiding electron-beam gun beam onto jointed surfaces of welded parts |