CC BY
17
PROSPECTS FOR APPLICATION OF THE ACOUSTIC EMISSION METHOD FOR CONTROL OF FLAT
BURST SAFETY DIAPHRAGM
A.I. Olehver, D.S. Tarakanov, S.A. Voinash, R.R. Zagidullin, L.S. Sabitov, V.A. Sokolova, E.V. Kopaev
A study of the process of deformation and destruction of membranes with accompanying and recording of acoustic emission (AE) signals was carried out. A technical solution has been proposed that makes it possible to evaluate the response of the sample material from the spectrum of AE signals without plastic deformation of the membranes, but further studies are required.
Key words: membrane, acoustic emission, mechanical testing, non-destructive testing.
Olehver Aleksey Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, labmetcontrol@inbox. ru, Russia, St. Petersburg, Baltic State Technical University "VOENMEH" named after D.F. Ustinova,
Tarakanov Denis Sergeevich, master, labmetcontrol@inbox.ru, Russia, St. Petersburg, Baltic State Technical University "VOENMEH" named after. D.F. Ustinova,
Voinash Sergey Alexandrovich, leading engineer of the research laboratory, sergey_voi@mail.ru, Russia, Kazan, Kazan Federal University,
Zagidullin Ramil Ravilevich, candidate of technical sciences, docent, r.r.zagidullin@mail.ru, Russia, Kazan, Kazan Federal University,
Sabitov Linar Salikhzanovich, doctor of technical sciences, docent, l.sabitov@bk.ru, Russia, Kazan, Kazan Federal University, Kazan State Power Engineering University,
Sokolova Victoria Aleksandrovna, candidate of technical sciences, docent, sokolova_vika@inbox.ru, Russia, St. Petersburg, St. Petersburg State University of Industrial Technologies and Design,
Kopaev Egor Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, ekopaev@tvgsha.ru, Russia, Tver, Tver State Agricultural Academy
УДК 621.791.72
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-10-520-523
АНАЛИЗ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЛИСТОВ С УЧЕТОМ ИХ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ
В.Г. Новиков
В настоящее время высокие требования к качеству изделий, повышению скорости производственных процессов и снижению стоимости изготовления детали, приводят к необходимости в разработке новых технологических процессов и их внедрении в производство. При этом данная проблема актуально для широкого круга производств. Данное обстоятельство, в том числе касается и машиностроительного производства, где важной и актуальной задачей является совершенствование технологий сварки, которая широко применяется в производстве. Так одной из передовых технологий сварки является лазерная сварка, в настоящее время широко используемая на производстве. В данной статье рассматривается возможность ее применения, особенности, достоинства и недостатки, приводятся расчеты для определения некоторых технологических параметров процесса лазерной сварки, таких как колебание температуры поверхности, плотность мощности излучения лазера и некоторые другие. Приводится общая схема процесса лазерной сварки и дается ее характеристика. Также в работе проводится анализ этого процесса с разных точек зрения.
Ключевые слова: сварка, технологический расчет, металлический лист, особенности, конструкция, оборудование.
Промышленность предъявляет высокие требования к качеству изделий, скорости производственных процессов и стоимости изготовления детали, что в свою очередь приводит к необходимости в разработке новых технологических процессов и их внедрении в производство. Данное обстоятельство также касается и машиностроительного производства, где важной и актуальной задачей является совершенствование технологий сварки, которая широко применяется в производстве [1-9]. Так одной из передовых технологий сварки является лазерная сварка. Лазерная сварка металла - это относительно новая технология, которая стала использоваться не так давно. Суть такой металлообработки заключается в использовании высокомощного лазерного луча, который обеспечивает эффективную и точную сварку. Лазерные технологии на данный момент применяются во многих сферах производства, так как обладают массой преимуществ. В частности, она используется в радиоэлектронике, электронной технике, на металлообрабатывающих предприятиях.
Технология машиностроения
Суть метода заключается в том, что высокомощный пучок света - луч лазера направляют на свариваемые детали. Металл поглощает этот луч и от этого нагревается. Из-за интенсивного нагрева он расплавляется, благодаря чему детали свариваются между собой. Лазерную сварку можно выполнять в любом положении вне зависимости от угла. При этом воздействие луча лазера может быть непрерывным или импульсным. Здесь все зависит от того, какой конечный результат требуется.
Сварка таким методом может использоваться в отношении крупногабаритных деталей или для тонких листов. Но если необходимо сварить листы небольшой толщины, то проводят расфокусировку лазерного луча. Скорость, с которой проводятся сварочные работы, может достигать 5 мм в секунду. В ходе сварки необходимо пользоваться присадками, например, большой по диаметру проволокой. Также может применяться лента или особый порошок. Благодаря присадке можно увеличить сечение сварочного шва.
Главные достоинства лазерной сварки:
1. С ее помощью можно обеспечить высокую точность сварки, так как мощность лазера можно регулировать. Даже при работе с небольшими по толщине изделиями можно достичь качественного соединения. Луч можно фокусировать, если толщина свариваемого металла будет большой.
2. Конечный результат не требует правок, так как на выходе получается качественный и ровный шов.
3. Сварочные работы проводятся быстро, и эта технология является высокопроизводительной.
4. Можно избежать деформации металла путем уменьшения зоны термического воздействия на него. Но если необходимо получить глубокий шов, тогда можно увеличить мощность оборудования.
5. Для управления лазерным лучом достаточно использовать систему зеркал и оптики. Благодаря этому осуществлять сварочные работы можно даже в самых труднодоступных местах.
Но такая технология не лишена и недостатков. Во-первых, лазерное оборудование имеет высокую стоимость. Во-вторых, его КПД достаточно низкий.
Лазерное оборудование включает в себя сам лазер, газовую защиту, систему фокусировки, а также систему, управляющую перемещением луча (см. рис.).
Лазерные станки для сварки бывают твердотельными и газовыми. Первые работают на основе стекла с присадкой ионов или может использоваться рубин. Твердотельные лазеры являются маломощными, поэтому подходят для работы с деталями небольшой толщины. Обычно мощность такого оборудования не превышает 6 кВт. Самыми мощными установками считаются газовые лазеры, работающие на основе смеси различных газов. Их мощность может достигать 20 кВт, благодаря чему оборудование может работать с металлом толщиной до 2 см. Но самым мощным видом лазерных станков для сварочных работ считаются газодинамические лазеры.
В целом процесс лазерной резки является сложным технологическим процессом и требует расчета. Наиболее важной величиной для оценки лазерной сварки является тепловое воздействие излучения на металл, и характеризуется плотностью мощности излучения лазера (Вт/м2), которая определяется как [10]:
Цл = Рл/5 = Ел/(Т 5),
где Рл — полная мощность излучения, Вт; — площадь облучения материала, м2; т — длительность воздействия излучения, Ел — энергия излучения, Дж.
Также одним из основных факторов является качество получаемого изделия, которое, в том числе может зависеть от нестабильного режима лазерной сварки материалов, которую обычно связывают с колебаниями температуры поверхности свариваемых материалов. Повышение этой температуры до Т>Тк вызывает перегрев сварочной ванны, а снижение температуры (Т<Тк) ведет к уменьшению глубины проплавления. Так определяют Т [10]:
Т = 2£,л(1-Д)^/(Тй^г02) 521
Также важной характеристикой является коэффициент полезного действия лазерной сварки. Рассмотрим эффективный КПД лазерной сварки металлов при возврате отраженного излучения. Выражение для энергии, вводимой в металл при n-кратном возврате, принимает следующий вид:
Еп = ЕЛ(1-Ю[1- (Rk)n+1]/(1 — Rk).
Таким образом внедрение и модернизация технологических процессов необходима для повышения качества изделий и скорости из изготовления. Так лазерная сварка является передовой технологией, которая в настоящее время часто используется на производстве и обладает широкими возможностями и значительными достоинствами, относительно существующих и применяемых.
Список литературы
1. Сварка и резка материалов: учеб, пособие для нач. проф, образования / М.Д. Баннов, Ю.В. Казаков, М.Г. Козулин и др. / под ред. Ю.В. Казакова. 3-е изд., стер. М.: Издательский центр «Академия», 2003. 400 с.
2. Теория сварочных процессов: учебник для вузов / А.В. Коновалов, А.С. Куркин, Э.Л. Макаров, В.М. Неровный, Б.Ф. Якушин. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. 752 с.
3. Арутунян Р.В. Воздействие лазерного излучения на материалы / Р.В. Арутунян, В.Ю. Баранов, Л.А. Большов, и др. М.: Наука, 1989. 367 с.
4. Н.П. Алешин, Г.Г. Чернышов, Э.А. Гладков и др. Сварка. Резка. Контроль : Справочник. В 2-х томах / Под общ. ред. Н.П. Алешина, Г.Г. Чернышова. М.: Машиностроение, 2014. Т.1. 624 с.
5. Справочник по лазерной сварке / под ред. С. Катаяма. М.: Техносфера, 2015. 704 с.
6. Лазерная сварка тонкостенных стальных труб в потолочном положении / Е.М. Шамов, И.А. Бегунов, А.А. Васильев [и др.] // Сварочное производство. 2018. № 8. С. 32-36.
7. Свяжина Н.В., Кузнецов М.А. Лазерная сварка // Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения: Всероссийская научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых, Новокузнецк, 13-15 мая 2015 года / Под общей редакцией. М.В. Темлянцева. Новокузнецк: Сибирский государственный индустриальный университет, 2015. С. 228-230.
8. Москвитин Г.В., Поляков А.Н., Биргер Е.М. Лазерная сварка пластических материалов (обзор) // Технология машиностроения. 2012. № 11. С. 31-42.
9. Верижников В.Ю. Лазерная сварка // Научно-техническое творчество аспирантов и студентов: материалы всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов, Комсомольск-на-Амуре, 09-20 апреля 2018 года. Комсомольск-на-Амуре: Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет, 2018. С. 25-27.
10. Малащенко А.А., Мезенов А.В. Лазерная сварка металлов. М.: Машиностроение, 1984. 43 с.
Новиков Владислав Геннадьевич, студент, therealnovikov@gmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS AND CALCULATION OF THE PARAMETERS OF THE LASER WELDING PROCESS OF METAL SHEETS, TAKING INTO ACCOUNT THEIR PHYSICAL AND TECHNICAL FEATURES
V.G. Novikov
At present, high requirements for the quality ofproducts, increasing the speed ofproduction processes and reducing the cost of manufacturing parts, lead to the need to develop new technological processes and their introduction into production. At the same time, this problem is relevant for a wide range of industries. This circumstance also applies to machine-building production, where an important and urgent task is to improve welding technologies, which are widely used in production. So one of the advanced welding technologies is laser welding, which is currently widely used in production. This article discusses the possibility of its application, features, advantages and disadvantages, provides calculations to determine some of the technological parameters of the laser welding process, such as surface temperature fluctuations, laser radiation power density, and some others. A general scheme of the laser welding process is given and its characteristics are given. The paper also analyzes this process from different points of view.
Key words: welding, technological calculation, metal sheet, features, design, equipment.
Novikov Vladislav Gennadevich, student, therealnovikov@gmail.com, Russia, Tula, Tula State University
