EA028399B1 - Способ лазерной сварки деталей из разнородных металлов - Google Patents
Способ лазерной сварки деталей из разнородных металлов Download PDFInfo
- Publication number
- EA028399B1 EA028399B1 EA201500289A EA201500289A EA028399B1 EA 028399 B1 EA028399 B1 EA 028399B1 EA 201500289 A EA201500289 A EA 201500289A EA 201500289 A EA201500289 A EA 201500289A EA 028399 B1 EA028399 B1 EA 028399B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- welding
- weld
- laser
- dissimilar metals
- distance
- Prior art date
Links
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам сварки разнородных металлов лазерным излучением и может быть использовано в том числе в областях автомобиле- и машиностроения. Задачей, решаемой изобретением, является повышение скоростей сварки, увеличение соотношения глубины к ширине сварного шва, снижение разнопрочности сварного соединения в разных направлениях. Поставленная задача достигается тем, что в способе лазерной сварки деталей из разнородных металлов, при котором лазерное излучение фокусируют на более тугоплавкий металл на расстоянии от стыковой поверхности, предварительно на образце тугоплавкого металла определяют режимы сварки, обеспечивающие кинжальное проплавление, конфигурацию шва в поперечном сечении, в соответствии с которой выполняют разделку кромок, затем проводят сварку, фокусируя лазерное излучение на расстоянии от стыковой поверхности, обеспечивающем примыкания ванны расплава к стыку.
Description
Изобретение относится к способам сварки разнородных металлов лазерным излучением и может быть использовано в том числе в областях автомобиле- и машиностроения.
Известен способ сварки металлических листов различной толщины [1], при котором металлические пластины устанавливают встык и сваривают лазерным лучом. В процессе сварки луч лазера движется по траектории, смещенной относительно стыка в сторону толстого листа. Величина смещения составляет 0,1...0,4 мм от стыка листов. В процессе лазерной сварки на первом этапе происходит плавление кромки более толстого листа, а кромка тонкого листа кратковременно служит подушкой для расплава и может быть использована для вдавливания в расплав, что снижает требования к точности разделки (пригонки) кромок свариваемых листов.
Указанный способ не может быть использован при сварке листов разнородных металлов одинаковой толщины, так как со сдвигом точки фокусировки от сварного шва имеет место неравномерный прогрев зоны сварного шва вследствие разных условий теплоотвода в глубине и на поверхности свариваемых листов. Это, как правило, приводит к перегреву отдельных зон сварного шва, формированию неоптимальной структуры, образованию пор и других дефектов, снижающих прочность сварного соединения.
Наиболее близким к заявляемому является способ лазерной сварки деталей из разнородных металлов [2], при котором плоскость стыкового соединения выполняют наклонной по касательной к сегменту зоны термического влияния сварного шва, а лазерное излучение фокусируют на более тугоплавкий металла на расстоянии от стыковой плоскости, при этом угол наклона плоскости стыкового соединения и расстояние фокусировки рассчитывают из условия испарения легкоплавкого металла и проводят сварку металлов в режиме сварки проводимостью.
Недостатком прототипа является то, что при осуществлении способа лазерную сварку проводят в режиме сварки проводимостью, который характеризуется пониженными скоростями сварки, а полученные швы имеют малое соотношение глубины к ширине. Кроме того, наклонная плоскость сварки может приводить к разнопрочности сварного соединения в разных направлениях.
Задачей, решаемой изобретением, является повышение скоростей сварки, увеличение соотношения глубины к ширине сварного шва, снижение разнопрочности сварного соединения в разных направлениях.
Поставленная задача достигается тем, что в способе лазерной сварки деталей из разнородных металлов, при котором лазерное излучение фокусируют на более тугоплавкий металл на расстоянии от стыковой поверхности, предварительно на образце тугоплавкого металла определяют режимы сварки, обеспечивающие кинжальное проплавление, конфигурацию шва в поперечном сечении, в соответствии с которой выполняют разделку кромок, затем проводят сварку, фокусируя лазерное излучение на расстоянии от стыковой поверхности, обеспечивающим примыкания ванны расплава к стыку.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема сварки.
При осуществлении заявленного способа в процессе лазерной сварки в режиме кинжального проплавления ванна 1 расплава формируется в зоне фокусировки лазерного луча 2 на тугоплавком металле 3. К ванне расплава примыкает зона плавления более легкоплавкого металла 4. За счет теплопроводности происходит плавление более легкоплавкого металла 4, частичное перемешивание расплава и при кристаллизации образование прочного сварного соединения. Конфигурация зоны расплава в поперечном сечении при оптимальном режиме является прямолинейной в центральной части с расширением в нижней и верхней зонах, что связано с ухудшением теплоотвода в этих областях.
Если разделка стыка не эквидистантна ванне расплава, в разных зонах сварного соединения разнородных металлов имеет место существенное различие термических циклов, что снижает качества сварного соединения. Так, при прямолинейной форме стыка и при его положении, соответствующем примыканию к зоне плавления в центральной части, имеет место перегрев зон сварного соединения в верхней и нижней частях (в наибольшей степени перегрев легкоплавкого металла 4), что может приводить к возникновению дефектов сварного шва в указанных зонах, например повышенной пористости, увеличению напряжений, что может привести к образованию холодных и горячих трещин. Если прямолинейный стык находится в зоне примыкания к ванне 1 расплава верхних и нижних частей, то соединение в средней части произойдет в режиме пайки жидкого легкоплавкого металла 4 к твердому тугоплавкому металлу 3 или с минимальным перемешиванием расплавов. Это приводит к увеличенному градиенту свойств в зоне соединения и, как следствие, возникновению высокого уровня остаточных напряжений, что, в свою очередь, способствует снижению прочности сварного соединения или образованию трещин.
При смещении точки фокусировки лазерного луча 2 на расстояние 5 от стыка свариваемых металлов, выполненного по предлагаемой конфигурации, меньше заявляемого, происходит перегрев расплава легкоплавкого металла 4, что приводит к его интенсивному испарению, образованию пор в сварном соединении, снижению его прочности.
При смещении точки фокусировки лазерного луча на расстояние 5 от стыка свариваемых металлов, выполненного по предлагаемой конфигурации, больше заявляемого, имеет место непровар, а при плавлении более легкоплавкого металла 4 происходит его припайка к тугоплавкому металлу 3, что приводит к снижению прочности соединения или образованию трещин.
- 1 028399
Примеры
Сварку проводили согласно заявляемому способу и по способу прототипу.
При сварке встык по обоим способам применялись образцы углеродистой стали Тпл=1490°С и медно-никелевого сплава Тпл=1200°С толщиной 2 мм, размером 50x50 мм.
Сварка проводилась излучением волоконного лазера мощностью 1 кВт (фокусное расстояние колирующей линзы 60 мм, фокусное расстояние фокусирующей линзы 150 мм).
При сварке по заявляемому способу на первом этапе производился выбор режимов, обеспечивающих стабильное кинжальное проплавление тугоплавкого металла (углеродистая сталь) при условии отсутствия дефектов, для этого проводили сварку образцов углеродистой стали на различных режимах. Далее для оценки размеров ванны расплава проводили металлографические исследования. Желаемой зоне проплава соответствовали следующие параметры режима: заглубление фокуса 0,7 мм, мощность 1 кВт, скорость сварки 1600 мм/мин. При этом режиме сварки получена следующая конфигурация шва: ширина в верхних и нижних частях 0,8 мм, в центральной части 0,6 мм; протяженность центральной части 0,6 мм, верхней и нижней частей 0,4 мм.
Затем механическим путем проводили разделку стыков тугоплавкого и легкоплавкого металлов в соответствии с полученными размерами, проводили сварку образцов.
Сварку по способу прототипа проводили на следующих режимах: заглубление фокуса 8 мм (для достижения плавления проводимостью на волоконном лазере), мощность 1 кВт, скорость 500 мм/мин. Угол разделки (γ=12°) и расстояние от точки фокусировки до стыка (1=1 мм) определены в соответствии с методикой расчета, указанной в способе прототипе.
Прочность соединений, сваренных по способу прототипу и заявляемому способу, определяли на излом при зажатии образца в тисках и создании изгибающего усилия с помощью динамометрического ключа.
Качество сварного соединения на предмет отсутствия пор и трещин проверяли металлографически с помощью микроскопа Микро 2000.
Результаты испытаний приведены в таблице.
№ | Толщина образцов | Расстояние точки фокусировки луча от разделки, мм | Усилие излома, Н | Скорость сварки, м/мин | Качество сварного соединения |
1 | 2 | а/2 | 311 | 1600 | Наличие пор |
2 | 2 | 6/2-0.15 | 164 | 1600 | Наличие пор |
3 | 2 | 6/2+0.15 | 350 | 1600 | Отсутствие дефектов |
4 | 2 | а/2+о.зо | 73 | 1600 | Частичное несплавление |
5 | 2 | Способ прототипа | 347 | 500 | Отсутствие дефектов |
Как видно из таблицы, прочностные характеристики швов, выраженные в усилии излома образца, полученного по заявляемому способу, соответствуют характеристикам шва, полученного по способу прототипу. Кроме того, таблица демонстрирует влияние соблюдения оптимального расстояния от точки фокусировки до разделки на прочностные характеристике и характер дефектов. Также из режимов обработки видно, что при равных мощностях лазерного источника скорость сварки на указанной толщине для заявляемого способа в 3,2 раза выше в сравнении со способом прототипом. При этом ширина шва и зоны термического влияния существенно меньше. Кроме того, заявленный способ обеспечивает снижение разнопрочности сварного соединения в различных направлениях.
Источники информации.
1. МеФоб о£ 1а>ег-\уеМтд те!а1 §Бее1§ Баутд ЛГГегеп! Фюкпезз, патент №5250783, И8, МПК В 23К 26/00, опубликован 05.10.1993.
2. Способ лазерной сварки деталей из разнородных металлов, патент №2415739, КИ, МПК В 23К 26/40, 9/23, 33/00, опубликован 20.04.2011.
Claims (1)
- Способ лазерной сварки деталей из разнородных металлов, при котором лазерное излучение фокусируют на более тугоплавкий металл на расстоянии от стыковой поверхности, отличающийся тем, что предварительно на образце тугоплавкого металла определяют режимы сварки, обеспечивающие кинжальное проплавление, конфигурацию шва в поперечном сечении, в соответствии с которой выполняют разделку кромок, затем проводят сварку, фокусируя лазерное излучение на расстоянии от центральной части разделки кромок, равном половине суммы диаметра лазерного луча на поверхности заготовки и ширины центральной части шва, определенной на образце тугоплавкого материала.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EA201500289A EA028399B1 (ru) | 2015-02-20 | 2015-02-20 | Способ лазерной сварки деталей из разнородных металлов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EA201500289A EA028399B1 (ru) | 2015-02-20 | 2015-02-20 | Способ лазерной сварки деталей из разнородных металлов |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA201500289A1 EA201500289A1 (ru) | 2016-08-31 |
EA028399B1 true EA028399B1 (ru) | 2017-11-30 |
Family
ID=56797880
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA201500289A EA028399B1 (ru) | 2015-02-20 | 2015-02-20 | Способ лазерной сварки деталей из разнородных металлов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EA (1) | EA028399B1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2763706C1 (ru) * | 2021-03-16 | 2021-12-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им.А.Н. Туполева - КАИ" | Способ лазерной сварки разнородных металлических сплавов |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111975201B (zh) * | 2020-06-28 | 2022-08-16 | 武汉钢铁有限公司 | 钢带穿带焊接方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7189941B2 (en) * | 2001-12-20 | 2007-03-13 | Linde Aktiengesellschaft | Process for making heterogeneous joints under shielding gas |
RU2357841C2 (ru) * | 2006-08-03 | 2009-06-10 | Вячеслав Владимирович Алексеев | Способ дуговой сварки в инертных газах стыковых соединений разнородных алюминиевых сплавов |
RU2404887C1 (ru) * | 2009-06-09 | 2010-11-27 | Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) | Способ сварки материалов |
RU2415739C2 (ru) * | 2009-06-16 | 2011-04-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Камская государственная инженерно-экономическая академия" | Способ лазерной сварки деталей из разнородных металлов |
WO2012123740A1 (en) * | 2011-03-14 | 2012-09-20 | Allectra Limited | Article with a joint between an aluminium component and a hard metal, the comprising an aluminium bronze transition piece welded to the aluminium component : method of joining such article |
-
2015
- 2015-02-20 EA EA201500289A patent/EA028399B1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7189941B2 (en) * | 2001-12-20 | 2007-03-13 | Linde Aktiengesellschaft | Process for making heterogeneous joints under shielding gas |
RU2357841C2 (ru) * | 2006-08-03 | 2009-06-10 | Вячеслав Владимирович Алексеев | Способ дуговой сварки в инертных газах стыковых соединений разнородных алюминиевых сплавов |
RU2404887C1 (ru) * | 2009-06-09 | 2010-11-27 | Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) | Способ сварки материалов |
RU2415739C2 (ru) * | 2009-06-16 | 2011-04-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Камская государственная инженерно-экономическая академия" | Способ лазерной сварки деталей из разнородных металлов |
WO2012123740A1 (en) * | 2011-03-14 | 2012-09-20 | Allectra Limited | Article with a joint between an aluminium component and a hard metal, the comprising an aluminium bronze transition piece welded to the aluminium component : method of joining such article |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2763706C1 (ru) * | 2021-03-16 | 2021-12-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им.А.Н. Туполева - КАИ" | Способ лазерной сварки разнородных металлических сплавов |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EA201500289A1 (ru) | 2016-08-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10835993B2 (en) | Laser welding method | |
Chen et al. | Influence of processing parameters on the characteristics of stainless steel/copper laser welding | |
JP5024475B1 (ja) | レーザ溶接鋼管の製造方法 | |
CN105643103B (zh) | 一种镀锌钢板激光搭接焊接方法 | |
EP3924136A1 (en) | Laser welding method | |
RU2636425C1 (ru) | Способ лазерной сварки материалов, имеющих разные толщины | |
CN112620856A (zh) | 一种异种金属材料焊接前的预处理方法、异种金属材料焊接产品及其焊接方法 | |
DK2954969T3 (en) | MULTI-ELECTRODE ELECTROGAS ELECTROGAS WELDING PROCEDURE FOR THICK STEEL PLATES AND MULTI-ELECTRODE ELECTROGAS PERFERENCE ARC WELDING PROCEDURE FOR STEEL | |
JP2009119485A (ja) | 溶接形鋼の製造方法 | |
JP5954009B2 (ja) | 溶接鋼管の製造方法 | |
Hajavifard et al. | The effects of pulse shaping variation in laser spot-welding of aluminum | |
RU2637035C1 (ru) | Способ гибридной лазерно-дуговой сварки продольного шва трубы | |
JP4797659B2 (ja) | レーザー溶接方法 | |
EA028399B1 (ru) | Способ лазерной сварки деталей из разнородных металлов | |
JP2011224655A (ja) | レーザ溶接鋼管の製造方法 | |
Mathivanan et al. | Laser overlap joining from copper to aluminum and analysis of failure zone | |
RU2653396C1 (ru) | Способ изготовления тавровой балки лазерным лучом | |
JP2005279744A (ja) | 高エネルギビームを用いた異種材料の突合せ接合方法 | |
RU2415739C2 (ru) | Способ лазерной сварки деталей из разнородных металлов | |
JP5803160B2 (ja) | レーザ溶接鋼管の製造方法 | |
Kalaiselvan et al. | Studies on Ti/Al Sheet Joint Using Laser Beam Welding–A Review | |
Chen et al. | Study on full penetration stability of light alloys sheet laser welding | |
Sahoo et al. | Pulse laser welding of high carbon alloy steel: assessment of melt pool geometry and mechanical performance | |
RU2701262C1 (ru) | Способ электронно-лучевой сварки стыковых соединений | |
Yuce et al. | Influence of heat input on mechanical properties and microstructure of laser welded dissimilar galvanized steel-aluminum joints |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU |