ОСОБЕННОСТИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ ПРОЦЕССА ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ АЛЮМИНИЕВЫХ ТРУБ МАЛОГО СЕЧЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 621.791.

ОСОБЕННОСТИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ ПРОЦЕССА ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ АЛЮМИНИЕВЫХ ТРУБ МАЛОГО СЕЧЕНИЯ

Э.Е. Брюханов Научный руководитель - И.В. Трифанов

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: brvukhanov25@vandex.ru

В работе представлены технология и технологические режимы лазерной сварки алюминиевых труб.

Ключевые слова: лазерная сварка, алюминий, технологические режимы.

FEATURES AND TECHNOLOGICAL MODES OF THE LASER WELDING PROCESS

OF ALUMINUM SMALL SECTION PIPES

E.E. Bryukhanov Scientific supervisor - I.V.Trifanov

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: bryukhanov25@yandex.ru

The paper presents the technology and technological modes of laser welding of aluminum pipes.

Key words: laser welding, aluminum, technological modes.

Сварка алюминиевых сплавов обладает рядом особенностей, связанных с взаимодействием расплавленного металла с газами окружающей среды, испарением легирующих элементов, образованием оксидной пленки на поверхности, затрудняющей качественное проведение сварочного процесса. Основные трудности сварки алюминия и его сплавов устраняются применением концентрированных источников энергии, к которым относятся лазерный и электронный луч [1].

Перед процессом лазерной сварки поверхность заготовки необходимо тщательно подготовить, для этого осуществляется механическая обработка, травление с последующим осветлением, промывка в горячей воде и зачистка поверхности перед сваркой [2].

Лазерная сварка осуществляются в среде защитных газов. В основном рекомендуется использовать гелий для защиты верхней части сварочной ванны, а для корневой части шва используется аргон. При этом, расход гелия должен быть не менее 7—8 л/мин, а аргона 5—6 л/мин [2].

При лазерной сварке алюминиевых сплавов наблюдается характерная особенность расплавления металла лишь при определенном уровне мощности и плотности мощности. Например, для сплава АМг6 пороговая мощность излучения СО2 составляет 2—2,2 кВт. При этом сразу достигается глубина проплавления 1,5—2,0 мм, а при меньших значениях мощности проплавление полностью отсутствует [2]. Это обстоятельство связано с высоким коэффициентом отражения алюминиевой поверхностью и последующим резким снижением отражения после начала плавления [3].

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2021. Том 2

Для выполнения процесса и достижения требуемых характеристик лазерной сварки алюминиевых труб предлагается использовать лазерную технологическую установку МУЛ-1. Данная современная лазерная установка рис.1. позволяет выполнять сварку алюминия с необходимыми технологическими режимами и достичь требуемой точности сварного соединения.

Рис. 1. Лазерная технологическая установка МУЛ-1. Благодаря техническим характеристикам данной установки табл. 1 достигаются необходимые режимы лазерной сварки алюминиевой трубы малого сечения.

Таблица 1

Технологические характеристики установки МУЛ-1

Параметр Значение

Длина волны излучения лазера 1,064 мкм

Максимальная энергия импульса 80 Дж

Максимальная импульсная (пиковая) мощность 10 кВт

Длительность импульса излучения 0,2-20 мс

Частота повторения импульсов 1-20 Гц

Диаметр сфокусированного пучка 0,2-2,5 мм

Ниже представлена структурная схема и принцип работы сварочной установки рис. 2.

ю и

У ^ ^

Рис. 2. Структурная схема лазерной сварочной установки: 1 -лазер; 2 - излучение; 3 - оптическая система; 4 - свариваемый объект (алюминиевая труба); 5 -микроскоп; 6 - механизм для фиксации заготовки; 7 - программное устройство; 8 - датчик для контроля параметров излучения; 9 - датчик для контроля параметров технологического процесса; 10,11 - устройства для подачи газа и отсоса из рабочей зоны продуктов сгорания; 12 трансформатор.

Лазер 1 формирует излучение 2, которое генерируется оптической системой 3 в пучок и направляется на заготовку (алюминиевую трубу) 4. С помощью микроскопа 5 происходит визуальный контроль процесса лазерной сварки. Механизм 6 обеспечивает фиксацию заготовки на рабочей позиции и перемещение алюминиевой трубы в области сварки. Установка снабжена программным устройством 7, управляющим механизмом 6. Датчик 8 предназначен для контроля параметров излучения, а датчик 9 — параметров

технологического процесса (температуры зоны сварки, яркости свечения плазменного факела, энергии отраженного излучения и т. п.). Сигналы с датчиков 8 и 9 поступают в элементы управления лазером непосредственно или через программное устройство, передавая информацию, необходимую для автоматического управления процессом сварки. Для подачи в рабочую зону той или иной технологической среды, а также утилизации из рабочей зоны продуктов сгорания материалов используются соответствующие устройства 10 и 11. Для повышения КПД процесса сварки металлов и введения дополнительной энергии установка снабжена устройством 12 (генератор ультразвука, устройство возврата отраженного излучения, трансформатор).

Ниже, в табл. 2 представлены технологические режимы процесса лазерной сварки алюминиевой трубы марки АМг6.

Таблица 2

Технологические режимы процесса лазерной сварки алюминиевой трубы АМг6

Параметр Значение

Мощность 2-2.2 кВт

Скорость 90 м /час

Температура 650-680°C

Достигаемая шероховатость Ra 0,04-0,08 мкм

Точность 0,01 мм

Время 3-5 мин

В процессе лазерной сварки необходимо контролировать технологические режимы. Контроль достигается путем измерений значений входных и выходных данных свариваемого материала, мощности лазерного луча, энергии импульса, частоты повторений, температуры, скорости и т. д. Измерения происходят с помощью специальных приборов табл. 3.

Таблица 3

Приборы для контроля технологических параметров лазерной сварки

№ Параметр Прибор Хар-ки, кл.точности, диапазон

1 Точность Цифровой микроскоп DigiMicro LCD Предел измерения длин по оси Х,мм от 0 до 150

2 Шероховатость Измеритель шероховатости ELCOMETER 224 Ra, 0.005...500 мкм Точность х±5%

3 Внутренние и внешние размеры Штангенциркуль цифровой ADA Mechanic 150 Pro Диапазон измерений 0 - 150 мм; Точность ± 3

4 Температура Тепловизор testo 865 от-20 до+750°С Точность ± 2°С / ± 2%

5 Мощность лазерного луча Измеритель мощности лазерного излучения Sanwa LP1 Диапазоны измерений: 40.00ц/400.0ц/4.000м/40.00 кВт

Библиографические ссылки

1. Процессы лазерной сварки и термообработки / В.М. Андрияхин, 1988. 125 с.

2. Технологические процессы лазерной обработки: учеб. пособие для вузов / А. Г. Григорьянц [и др.]; под ред. А. Г. Григорьянца. - М.: МГТУ имени Н. Э. Баумана, 2006. 667 с

3. Сварка, резка и пайка металлов / К. К. Хренов. М.: Машиностроение, 1970, 408 с.

© Брюханов Э. Е., 2021