RU2704353C1 - Method of hollow articles laser welding - Google Patents

Method of hollow articles laser welding Download PDF

Info

Publication number
RU2704353C1
RU2704353C1 RU2019108298A RU2019108298A RU2704353C1 RU 2704353 C1 RU2704353 C1 RU 2704353C1 RU 2019108298 A RU2019108298 A RU 2019108298A RU 2019108298 A RU2019108298 A RU 2019108298A RU 2704353 C1 RU2704353 C1 RU 2704353C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotary mirror
stream
mirror
flow
welding
Prior art date
Application number
RU2019108298A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Владимирович Исаков
Николай Юрьевич Иванченко
Борис Евгеньевич Васильев
Антон Владелинович Сальников
Артем Васильевич Семенов
Любовь Александровна Магеррамова
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
Priority to RU2019108298A priority Critical patent/RU2704353C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2704353C1 publication Critical patent/RU2704353C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention relates to methods of laser welding of hollow articles and can be used in technological processes of making hollow discs of turbines, compressors and fans of gas turbine engines. In the method of laser welding of hollow items on the mating edges a laser beam is supplied with a specified focal distance, in the welding zone a flow of protective gas is supplied, in the zone of the focusing device an additional stream of protective gas is created. Focusing device used is a rotary mirror, and the optical channel is placed in the cavity of the article along its axis of symmetry. Laser beam is supplied to the edges on the side of the inner cavity of the article; an additional stream of shielding gas is created in the form of the first flow from the outer side of the optical channel and the second flow along the reflecting surface of the rotary mirror. Cooling liquid flow is created on the reverse surface of the rotary mirror.
EFFECT: creating the gas ejection effect on the surface of the rotary mirror, providing stability of the heat state of the reflecting surface of the rotary mirror and improving the quality of the weld.
1 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к способам лазерной сварки полых изделий и может быть использовано в технологических процессах изготовления пустотелых дисков турбин, компрессоров и вентиляторов газотурбинных двигателей.The invention relates to methods for laser welding of hollow products and can be used in technological processes for the manufacture of hollow disks of turbines, compressors and fans of gas turbine engines.

Основной задачей, решаемой при лазерной сварке полых дисков, является обеспечение минимального уровня внутренних напряжений и термических деформаций в зоне сварки. Достигается это за счет узких глубоких сварных швов с малым размером зоны расплава и зоны термического влияния при сохранении высокой прочности сварного соединения. Оптимальные размеры сварного соединения получают за счет минимизации погонной энергии в сварном шве при лазерной сварке, что позволяет снизить остаточные напряжения и деформации в 5-10 раз по сравнению с дуговыми способами сварки. Особенность процесса лазерной сварки заключается в том, что при сварке сложных фасонных заготовок узкими глубокими швами, из-за неизбежной погрешности позиционирования фокусного пятна относительно свариваемых кромок и нестабильности плотности мощности на свариваемой поверхности, изменяется положение отражающей поверхности зеркал, используемых в фокусирующих устройствах, поэтому в процессе сварки объем расплавляемого металла в корне глубокого шва не остается постоянным. Такая неравномерность распределения величины переплавленного металла по длине сварного шва при переменном размере зоны термического влияния приводит к эффекту накапливания нескомпенсированных остаточных напряжений и деформаций, которые вызывают коробление сваренных полых изделий. Для исправления указанного недостатка изделия подвергают дополнительной операции - рихтовке.The main task to be solved during laser welding of hollow discs is to ensure a minimum level of internal stresses and thermal deformations in the welding zone. This is achieved due to narrow deep welds with a small size of the melt zone and the heat-affected zone while maintaining high strength of the welded joint. The optimal dimensions of the welded joint are obtained by minimizing the linear energy in the weld during laser welding, which allows to reduce residual stresses and deformations by 5-10 times in comparison with arc welding methods. The peculiarity of the laser welding process is that when welding complex shaped workpieces with narrow deep seams, due to the inevitable error in the positioning of the focal spot relative to the welded edges and the instability of the power density on the surface being welded, the position of the reflecting surface of the mirrors used in focusing devices changes, therefore, During the welding process, the volume of the molten metal in the root of the deep seam does not remain constant. Such an uneven distribution of the size of the remelted metal along the length of the weld with a variable size of the heat-affected zone leads to the effect of the accumulation of uncompensated residual stresses and strains that warp the welded hollow products. To correct this drawback, the product is subjected to an additional operation - straightening.

Известен способ лазерной сварки полых изделий, заключающийся в том, что на стыкуемые кромки при помощи устройства, содержащего фокусирующую линзу, подают вдоль оптической оси лазерный луч с заданным фокусным расстоянием, одновременно подают в зону сварки поток защитного газа, а в направлении, перпендикулярном оптической оси лазерного луча, подают поток сжатого воздуха, предназначенный для защиты фокусирующей линзы, и перемещают луч по заданной траектории вдоль линии стыка (RU 2659503, 2018 г.) Известное техническое решение имеет ограниченные функциональные возможности, поскольку предназначено для выполнения плоских сварочных швов и не обеспечивает возможности сварки пространственных швов полых изделий с внутренней стороны.A known method of laser welding of hollow products, which consists in the fact that on the abutting edges using a device containing a focusing lens, a laser beam is supplied along the optical axis with a given focal length, at the same time a protective gas stream is fed into the welding zone, and in a direction perpendicular to the optical axis a laser beam, a stream of compressed air is provided to protect the focusing lens, and the beam is moved along a predetermined path along the junction line (RU 2659503, 2018). The known technical solution has limited f nktsionalnye possible, because intended for performing welds flat and does not provide the possibility of welding seams spatial hollow bodies on the inside.

Известен способ лазерной сварки изделий, включающих пространственные швы, заключающийся в том, что на стыкуемые кромки при помощи фокусирующего устройства, содержащего отклоняющее зеркало, подают лазерный луч с заданным фокусным расстоянием, при этом одновременно в зону сварки подают поток защитного газа и перемещают луч по заданной траектории вдоль линии стыка (DE 102006033297, 2008 г.). Существенным недостатком известного технического решения является невозможность его использования для сварки полых изделий.A known method of laser welding of products, including spatial seams, which consists in the fact that on the abutting edges using a focusing device containing a deflecting mirror, a laser beam is supplied with a given focal length, while at the same time a protective gas stream is fed into the welding zone and the beam is moved at a predetermined trajectories along the joint line (DE 102006033297, 2008). A significant disadvantage of the known technical solution is the impossibility of its use for welding hollow products.

Известен способ лазерной сварки полых изделий, включающих пространственные швы, заключающийся в том, что на стыкуемые кромки при помощи фокусирующего устройства, содержащего параболическое зеркало, подают лазерный луч с заданным фокусным расстоянием, одновременно в зону сварки подают поток защитного газа, затем перемещают луч по заданной траектории вдоль линии стыка (US 5628449, 1997 г.) В известном техническом решении на точность совмещения траектории перемещения лазерного пятна с фактической линией стыка влияет тепловое состояние отражающей поверхности зеркала. Для уменьшения влияния этого фактора необходимо повышать мощность излучения, увеличивать размер лазерного пятна и погонную энергию. Это приводит к повышению суммарного объема расплава в сварном шве и позволяет компенсировать возникшие погрешности. Однако при мощном лазерном излучении высокая отражающая способность в начальный момент процесса способна вызвать повреждение фокусирующей оптики сварочной головки. Кроме того, в процессе сварки побочные продукты в виде мелких капель металла из разогретой парогазовой фазы могут достигать отражающей поверхности параболического зеркала и вызывать деградацию его отражающей поверхности. В результате избыточная тепловая энергия сварочной ванны влияет на условия трансляции лазерного излучения. Возникает обратная связь, которая может привести к разрушению отражающей поверхности зеркала, вследствие чего процесс глубокого проплавления нарушается и происходит рост количества дефектов в сварном шве, а изменение объема ванны расплава и размеров околошовной зоны снижает технологическую прочность сварного шва изделия.A known method of laser welding of hollow products, including spatial seams, which consists in the fact that a laser beam with a predetermined focal length is fed to the abutting edges using a focusing device containing a parabolic mirror, at the same time a protective gas stream is fed into the welding zone, then the beam is moved along a predetermined trajectories along the junction line (US 5628449, 1997) In a known technical solution, the thermal state reflects the accuracy of combining the path of the laser spot with the actual junction line second mirror surface. To reduce the influence of this factor, it is necessary to increase the radiation power, increase the size of the laser spot and the linear energy. This leads to an increase in the total volume of the melt in the weld and allows you to compensate for the errors. However, with powerful laser radiation, high reflectivity at the initial moment of the process can cause damage to the focusing optics of the welding head. In addition, during the welding process, by-products in the form of small drops of metal from the heated vapor-gas phase can reach the reflective surface of the parabolic mirror and cause degradation of its reflective surface. As a result, the excess thermal energy of the weld pool affects the conditions for the translation of laser radiation. There is a feedback that can lead to the destruction of the reflecting surface of the mirror, as a result of which the deep penetration process is violated and the number of defects in the weld is increased, and a change in the volume of the melt pool and the dimensions of the weld zone reduces the technological strength of the product weld.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является способ лазерной сварки полых изделий, заключающийся в том, что на стыкуемые кромки при помощи фокусирующего устройства подают лазерный луч с заданным фокусным расстоянием, одновременно в зону сварки подают поток защитного газа, в зоне фокусирующего устройства создают дополнительный поток защитного газа, а затем перемещают луч по заданной траектории вдоль линии стыка (С. Катаяма, «Справочник по лазерной сварке», Москва, Техносфера, 2015, стр. 452-457). В известном техническом решении фокусирующее устройство содержит линзы, установленные в сварочной головке, закрепленной на роботе-манипуляторе, что обеспечивает возможность сварки полых изделий с пространственным (трехмерным) швом.The closest set of essential features to the claimed technical solution is the method of laser welding of hollow products, which consists in the fact that a laser beam with a predetermined focal length is fed to the abutting edges using a focusing device, while a protective gas stream is fed into the welding zone in the zone of the focusing device create an additional shielding gas flow, and then move the beam along a predetermined path along the joint line (S. Katayama, “Laser Welding Handbook”, Moscow, Technosphere, 2015, art. p. 452-457). In a known technical solution, the focusing device comprises lenses mounted in a welding head mounted on a robotic arm, which makes it possible to weld hollow products with a spatial (three-dimensional) seam.

В известных технических решениях процесс сварки осуществляется с внешней стороны полого изделия. Это приводит к скоплению в корневой части сварного шва образований в виде окислов, карбидов и шлака, что снижает прочность сварного шва. Таким образом, общий существенный недостаток известных технических решений - недостаточные технологические возможности.In known technical solutions, the welding process is carried out from the outside of the hollow product. This leads to the accumulation in the root part of the weld of the formations in the form of oxides, carbides and slag, which reduces the strength of the weld. Thus, a common significant drawback of the known technical solutions is the lack of technological capabilities.

Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в расширении технологических возможностей способа лазерной сварки путем обеспечения лазерной сварки со стороны полости изделия при условии бездефектного формирования сварного соединения.The technical problem to be solved by the invention is to expand the technological capabilities of the laser welding method by providing laser welding from the side of the cavity of the product, provided that the weld joint is defect-free.

Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в создании эффекта газовой эжекции на поверхности поворотного зеркала, обеспечении стабильности теплового состояния отражающей поверхности поворотного зеркала и повышении качества сварного шва.The technical result achieved by the implementation of the present invention is to create the effect of gas ejection on the surface of the rotary mirror, ensuring the stability of the thermal state of the reflective surface of the rotary mirror and improving the quality of the weld.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что при осуществлении способа лазерной сварки полых изделий, заключающемся в том, что на стыкуемые кромки при помощи фокусирующего устройства подают лазерный луч с заданным фокусным расстоянием, одновременно в зону сварки подают поток защитного газа, в зоне фокусирующего устройства создают дополнительный поток защитного газа, затем перемещают луч по заданной траектории вдоль линии стыка, при этом в качестве фокусирующего устройства используют поворотное зеркало, установленное в оптическом канале лазера, причем оптический канал размещают в полости изделия вдоль оси его симметрии, лазерный луч подают на стыкуемые кромки со стороны внутренней замкнутой полости свариваемого изделия, дополнительный поток защитного газа создают в виде первого потока, направленного с наружной стороны оптического канала, и второго потока, направленного вдоль отражающей поверхности поворотного зеркала и сообщенного с первым потоком, причем расход газа во втором потоке составляет 10-50 л/мин, а на обратной поверхности поворотного зеркала создают поток охлаждающей жидкости, расход которой определяют с учетом толщины и коэффициента теплопроводности материала зеркала.The claimed technical result is achieved due to the fact that when implementing the method of laser welding of hollow products, which consists in the fact that a laser beam with a predetermined focal length is supplied to the abutting edges using a focusing device, at the same time a protective gas stream is fed into the welding zone, in the zone of the focusing device create an additional flow of protective gas, then move the beam along a predetermined path along the junction line, while a turning mirror is used as a focusing device, installed e in the optical channel of the laser, and the optical channel is placed in the cavity of the product along the axis of symmetry, the laser beam is fed to the abutting edges from the side of the internal closed cavity of the welded product, an additional protective gas stream is created in the form of a first stream directed from the outside of the optical channel, and the second stream directed along the reflective surface of the rotary mirror and in communication with the first stream, and the gas flow in the second stream is 10-50 l / min, and on the reverse surface of the rotary mirror feces create a coolant flow, the flow rate of which is determined taking into account the thickness and thermal conductivity of the mirror material.

Указанные существенные признаки обеспечивают решение поставленной проблемы с достижением заявленного технического результата, так как:These essential features provide a solution to the problem with the achievement of the claimed technical result, since:

- использование в качестве фокусирующего устройства поворотного зеркала, установленного в оптическом канале лазера, размещение оптического канала в полости изделия вдоль оси его симметрии и подача лазерного луча на стыкуемые кромки со стороны внутренней замкнутой полости свариваемого изделия обеспечивают повышение качества сварного шва за счет формирования корневой части сварного шва на внешней поверхности изделия, что упрощает процесс удаления недоброкачественных образований в виде окислов и шлаков;- the use as a focusing device of a swivel mirror mounted in the optical channel of the laser, the placement of the optical channel in the cavity of the product along the axis of symmetry and the supply of a laser beam to the abutting edges from the side of the inner closed cavity of the welded product improve the quality of the weld due to the formation of the root part of the welded a seam on the outer surface of the product, which simplifies the process of removing substandard formations in the form of oxides and slags;

- создание дополнительного потока защитного газа в виде первого потока, направленного с наружной стороны оптического канала, и второго потока, направленного вдоль отражающей поверхности поворотного зеркала и сообщенного с первым потоком, причем расход газа во втором потоке составляет 10-50 л/мин, обеспечивает эффект газовой эжекции на поверхности поворотного зеркала, что позволяет повысить качество сварного шва за счет удаления мелких капель металла из разогретой парогазовой фазы, образующейся в процессе сварки, и предохранить поверхность зеркала от загрязнений;- the creation of an additional stream of protective gas in the form of a first stream directed from the outside of the optical channel and a second stream directed along the reflective surface of the rotary mirror and in communication with the first stream, and the gas flow in the second stream is 10-50 l / min, provides an effect gas ejection on the surface of the rotary mirror, which allows to improve the quality of the weld by removing small drops of metal from the heated vapor-gas phase formed during the welding process and to protect the surface mirrors from pollution;

- создание на обратной поверхности поворотного зеркала потока охлаждающей жидкости, расход которой определяют с учетом толщины и коэффициента теплопроводности материала зеркала, обеспечивает повышение качества сварного шва за счет стабильности теплового состояния отражающей поверхности поворотного зеркала.- creating a coolant flow on the reverse surface of the rotary mirror, the flow rate of which is determined taking into account the thickness and thermal conductivity of the mirror material, improves the quality of the weld due to the stability of the thermal state of the reflective surface of the rotary mirror.

Настоящее изобретение поясняется следующим подробным описанием способа лазерной сварки полых изделий, в частности сварного турбинного диска из жаропрочного сплава, со ссылкой на иллюстрацию, где на фигуре представлена схема реализации предложенного способа.The present invention is illustrated by the following detailed description of a method for laser welding of hollow products, in particular a welded turbine disk made of a heat-resistant alloy, with reference to the illustration, where the figure shows a diagram of the implementation of the proposed method.

На фигуре приняты следующие обозначения:The following notation is used in the figure:

1 - ободные части свариваемых заготовок турбинного диска;1 - rim parts of the welded blanks of the turbine disk;

2 - средство крепления свариваемых заготовок турбинного диска;2 - means for fastening the welded blanks of the turbine disk;

3 - стыкуемые кромки свариваемых заготовок турбинного диска;3 - abutting edges of the welded blanks of the turbine disk;

4 - стенки свариваемых заготовок турбинного диска;4 - walls of the welded blanks of the turbine disk;

5 - внутренняя замкнутая полость турбинного диска;5 - internal closed cavity of the turbine disk;

6 - фиксирующие болты;6 - fixing bolts;

7 - поворотное зеркало;7 - a rotary mirror;

8 - оптический канал лазера;8 - optical channel of the laser;

9 - зажим;9 - clamp;

10 - ступичные части свариваемых заготовок турбинного диска;10 - hub parts of the welded blanks of the turbine disk;

11 - средство подачи первого потока;11 - means for supplying the first stream;

12 - средство подачи второго потока;12 - means for supplying a second stream;

13 - патрубок подвода охлаждающей жидкости;13 - pipe for supplying coolant;

14 - патрубок отвода охлаждающей жидкости.14 - pipe drain coolant.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

Ободные части 1 свариваемых заготовок турбинного диска устанавливают в средство 2 крепления, прижимают друг к другу и стыкуют кромки 3 таким образом, что стенки 4 заготовок образуют замкнутую (внутреннюю) полость 5 диска. После этого средство 2 крепления заготовок диска фиксируют при помощи болтов 6. В зону кромок 3 от источника (на чертеже не показан) лазерного излучения при помощи фокусирующего устройства подают лазерный луч с заданным фокусным расстоянием. Одновременно в зону сварки подают поток защитного газа, в зоне фокусирующего устройства создают дополнительный поток защитного газа, затем перемещают луч по заданной траектории вдоль линии стыка. При этом в качестве фокусирующего устройства используют поворотное зеркало 7, установленное в оптическом канале 8 при помощи зажима 9, причем оптический канал 8 размещают в отверстиях ступичных частей 10 диска вдоль оси симметрии последнего. Лазерный луч подают на стыкуемые кромки 3 по оптическому каналу 8 со стороны внутренней замкнутой полости 5 свариваемого диска. Дополнительный поток защитного газа создают в виде первого потока, направленного при помощи средства 11 подачи газа с наружной стороны оптического канала 8, и второго потока, направленного при помощи соответствующего средства 12 подачи газа вдоль отражающей поверхности поворотного зеркала 7. При этом первый и второй потоки защитного газа сообщены между собой, а расход газа во втором потоке составляет от 10 до 50 л/мин. Перемещают лазерный луч по заданной траектории вдоль линии стыка кромок 3, а на поверхность, обратную отражающей поверхности зеркала 7 при помощи патрубка 13 подводят поток охлаждающей жидкости (например, воды), которую отводят через патрубок 14. При этом расход охлаждающей жидкости определяют с учетом толщины и коэффициента теплопроводности материала зеркала 7 при 20°С.The rim parts 1 of the welded blanks of the turbine disk are installed in the fastening means 2, pressed against each other and joined edges 3 so that the walls 4 of the blanks form a closed (internal) cavity 5 of the disk. After this, the means 2 for fixing the blanks of the disk are fixed using bolts 6. In the area of the edges 3 from the source (not shown) of the laser radiation using a focusing device serves a laser beam with a given focal length. At the same time, a protective gas flow is supplied to the welding zone, an additional protective gas flow is created in the focusing device area, then the beam is moved along a predetermined path along the joint line. In this case, as the focusing device, a rotary mirror 7 is used, which is installed in the optical channel 8 using the clamp 9, and the optical channel 8 is placed in the holes of the hub parts 10 of the disk along the axis of symmetry of the latter. The laser beam is fed to the abutting edges 3 through the optical channel 8 from the side of the inner closed cavity 5 of the welded disk. An additional protective gas stream is created in the form of a first stream directed by means of gas supply 11 from the outside of the optical channel 8, and a second stream directed by corresponding gas supply means 12 along the reflective surface of the rotary mirror 7. In this case, the first and second flows of protective gas communicated with each other, and the gas flow in the second stream is from 10 to 50 l / min. The laser beam is moved along a predetermined path along the joint line of the edges 3, and a flow of coolant (for example, water) is supplied via a pipe 13 to the surface opposite to the reflecting surface of the mirror 7, which is diverted through the pipe 14. The flow rate of the coolant is determined taking into account the thickness and the thermal conductivity of the material of the mirror 7 at 20 ° C.

Экспериментальные исследования, физическое моделирование и оптимизация режимов лазерной сварки с поворотным зеркалом, тыльная сторона которого искусственно охлаждается, а отражающая поверхность принудительно обдувается газовым потоком, позволили установить, что произведение толщины «h» поворотного зеркала и коэффициента «χ» температуропроводности материала зеркала близко величине «q» расхода охлаждающей жидкости, т.е.Experimental studies, physical modeling and optimization of laser welding with a rotary mirror, the back of which is artificially cooled, and the reflecting surface is forcedly blown by a gas stream, allowed us to establish that the product of the thickness “h” of the rotary mirror and the coefficient “χ” of the thermal diffusivity of the mirror material is close to “ q "coolant flow rate, ie

hχ≅q.hχ≅q.

Фактически это равенство представляет собой свернутое условие температурного баланса на поверхности зеркала, поскольку «χ» - это отношение теплопроводности к плотности и теплоемкости. Таким образом, для достижения стабильного искусственного охлаждения отражающей поверхности поворотного зеркала регулируют расход «q» охлаждающей жидкости в соответствии с соотношением:In fact, this equality is a convoluted condition of the temperature balance on the surface of the mirror, since “χ” is the ratio of thermal conductivity to density and heat capacity. Thus, in order to achieve stable artificial cooling of the reflective surface of the rotary mirror, the flow rate “q” of the coolant is controlled in accordance with the ratio:

qρC≥hλ,qρC≥hλ,

где:Where:

q - расход охлаждающей жидкости, м3/с;q - coolant flow rate, m 3 / s;

ρ - плотность охлаждающей жидкости, кг/м3;ρ is the density of the coolant, kg / m 3 ;

С - теплоемкость охлаждающей жидкости, Дж/(кг*К);C is the heat capacity of the coolant, J / (kg * K);

h - толщина зеркала, м;h is the thickness of the mirror, m;

λ - коэффициент теплопроводности материала зеркала при 20°С.λ is the coefficient of thermal conductivity of the mirror material at 20 ° C.

В процессе сварки мелкие капли металла из разогретой парогазовой фазы, создаваемой ванной расплава, воздействуют на поверхность поворотного зеркала. Защитный газовый поток, создаваемый вдоль отражающей поверхности зеркала, вызывает эффект газовой эжекции, т.е. обеспечивает высокоскоростному потоку инертного газа увлечение за собой низкоскоростного потока парогазовой фазы, что позволяет предохранить поверхность зеркала от загрязнений.In the process of welding, small drops of metal from the heated vapor-gas phase created by the molten bath act on the surface of the rotary mirror. The protective gas flow generated along the reflective surface of the mirror causes the effect of gas ejection, i.e. provides a high-speed flow of inert gas entrainment of the low-speed flow of the vapor-gas phase, which helps to protect the surface of the mirror from contamination.

В таблице приведены результаты экспериментальных исследований по определению влияния расхода инертного газа на состояние поверхности зеркала и качество сварного шва.The table shows the results of experimental studies to determine the effect of inert gas flow on the surface condition of the mirror and the quality of the weld.

Figure 00000001
Figure 00000001

Анализ результатов исследований показал, что дополнительная газовая защита зеркала потоком инертного газа с расходом менее 10 л/мин не обеспечивает возникновения эффекта газовой эжекции (наблюдается наличие локальной деградации), а создание дополнительной газовой защиты в виде потока инертного газа с расходом более 50 л/мин нецелесообразно вследствие большого расхода инертного газа. Одновременное охлаждение тыльной стороны поворотного зеркала обеспечивает стабильность теплового состояния отражающей поверхности за счет отсутствия ее деградации в процессе сварки, что позволяет осуществлять высокоскоростную и узкошовную сварку лазерным лучом.An analysis of the research results showed that the additional gas protection of the mirror with an inert gas flow with a flow rate of less than 10 l / min does not provide the effect of gas ejection (local degradation is observed), and the creation of additional gas protection in the form of an inert gas flow with a flow rate of more than 50 l / min impractical due to the high consumption of inert gas. Simultaneous cooling of the rear side of the rotary mirror ensures stability of the thermal state of the reflecting surface due to the absence of its degradation during the welding process, which allows for high-speed and narrow-gap laser beam welding.

Таким образом, создание вдоль отражающей поверхности зеркала дополнительной газовой защиты в виде потока инертного газа с расходом 10-50 л/мин., а на обратной поверхности отражающего зеркала потока охлаждающей жидкости с расходом, определяемым с учетом толщины и коэффициента теплопроводности материала зеркала при 20°С, создает на поверхности поворотного зеркала эффект газовой эжекции при обеспечении стабильности теплового состояния его отражающей поверхности, обеспечивает повышение качества сварного шва и позволяет решить проблему расширения технологических возможностей способа путем обеспечения лазерной сварки со стороны полости изделия при условии бездефектного формирования сварного соединения.Thus, the creation along the reflecting surface of the mirror of additional gas protection in the form of an inert gas stream with a flow rate of 10-50 l / min, and on the back surface of the reflecting mirror a coolant flow with a flow rate determined taking into account the thickness and thermal conductivity of the mirror material at 20 ° C, creates the effect of gas ejection on the surface of the rotary mirror while ensuring the stability of the thermal state of its reflective surface, improves the quality of the weld and allows to solve the problem of expanding the technological capabilities of the method by providing laser welding from the side of the cavity of the product under the condition of defect-free formation of the welded joint.

Claims (1)

Способ лазерной сварки полых изделий, включающий подачу лазерного луча на стыкуемые кромки при помощи фокусирующего устройства с заданным фокусным расстоянием, одновременную подачу в зону сварки потока защитного газа, создание в зоне фокусирующего устройства дополнительного потока защитного газа, перемещение луча по заданной траектории вдоль линии стыка, отличающийся тем, что в качестве фокусирующего устройства используют поворотное зеркало, установленное в оптическом канале лазера, причем оптический канал размещают в полости изделия вдоль оси его симметрии, лазерный луч подают на стыкуемые кромки со стороны внутренней замкнутой полости свариваемого изделия, дополнительный поток защитного газа создают в виде первого потока, направленного с наружной стороны оптического канала, и второго потока, направленного вдоль отражающей поверхности поворотного зеркала и сообщенного с первым потоком, причем расход газа во втором потоке составляет 10-50 л/мин, а на обратной поверхности поворотного зеркала создают поток охлаждающей жидкости, расход которой определяют с учетом толщины и коэффициента теплопроводности материала зеркала.A method for laser welding of hollow products, including supplying a laser beam to abutting edges using a focusing device with a given focal length, simultaneously supplying a protective gas stream to the welding zone, creating an additional protective gas stream in the focusing device area, moving the beam along a predetermined path along the junction line, characterized in that as a focusing device using a rotary mirror mounted in the optical channel of the laser, and the optical channel is placed in the cavity of the product along the axis of symmetry, the laser beam is fed to the abutting edges from the side of the inner closed cavity of the welded product, an additional protective gas stream is created in the form of a first stream directed from the outside of the optical channel and a second stream directed along the reflective surface of the rotary mirror and communicated with the first stream, and the gas flow in the second stream is 10-50 l / min, and on the reverse surface of the rotary mirror create a flow of coolant, the flow rate of which is determined taking into account tires and the thermal conductivity of the material of the mirror.
RU2019108298A 2019-03-22 2019-03-22 Method of hollow articles laser welding RU2704353C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019108298A RU2704353C1 (en) 2019-03-22 2019-03-22 Method of hollow articles laser welding

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019108298A RU2704353C1 (en) 2019-03-22 2019-03-22 Method of hollow articles laser welding

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2704353C1 true RU2704353C1 (en) 2019-10-28

Family

ID=68500491

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019108298A RU2704353C1 (en) 2019-03-22 2019-03-22 Method of hollow articles laser welding

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2704353C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2009820C1 (en) * 1991-05-08 1994-03-30 Акционерное общество "Саратовский авиационный завод" Laser eyepiece for gas laser cutting of materials and method of centering laser eyepiece
US5628449A (en) * 1994-06-15 1997-05-13 Hitachi, Ltd. Method of welding a carbon steel and an austenitic stainless steel together and resultant structure
FR2829413A1 (en) * 2001-09-11 2003-03-14 Air Liquide Modular hybrid arc-laser welding torch incorporates an interchangeable welding head for the application of different laser-arc welding processes
DE102006033297A1 (en) * 2006-07-17 2008-01-24 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Repair process for blades of gas turbine compressor involves heat treatment using laser beam in locally limited region influenced by welding heat
RU2606667C2 (en) * 2012-08-08 2017-01-10 Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн Method of overlapped welding section, method of making overlapped welded element, overlapped welded element and automobile part
RU2659503C2 (en) * 2012-12-19 2018-07-02 Турбомека Laser welding head and the laser welding process

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2009820C1 (en) * 1991-05-08 1994-03-30 Акционерное общество "Саратовский авиационный завод" Laser eyepiece for gas laser cutting of materials and method of centering laser eyepiece
US5628449A (en) * 1994-06-15 1997-05-13 Hitachi, Ltd. Method of welding a carbon steel and an austenitic stainless steel together and resultant structure
FR2829413A1 (en) * 2001-09-11 2003-03-14 Air Liquide Modular hybrid arc-laser welding torch incorporates an interchangeable welding head for the application of different laser-arc welding processes
DE102006033297A1 (en) * 2006-07-17 2008-01-24 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Repair process for blades of gas turbine compressor involves heat treatment using laser beam in locally limited region influenced by welding heat
RU2606667C2 (en) * 2012-08-08 2017-01-10 Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн Method of overlapped welding section, method of making overlapped welded element, overlapped welded element and automobile part
RU2659503C2 (en) * 2012-12-19 2018-07-02 Турбомека Laser welding head and the laser welding process

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
С. КАТАЯМА, "Справочник по лазерной сварке", Москва, Техносфера, 2015, стр. 452-457. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107262713B (en) Laser impact forging composite processing and forming device and method for coaxial powder feeding in light
KR101819084B1 (en) Superalloy laser cladding with surface topology energy transfer compensation
US9272369B2 (en) Method for automated superalloy laser cladding with 3D imaging weld path control
US6727459B1 (en) Method for metal deposition on an edge
US5245155A (en) Single point powder feed nozzle for use in laser welding
JP5364856B1 (en) Processing device, processing method
US20140069893A1 (en) Automated superalloy laser cladding with 3d imaging weld path control
Salminen et al. The characteristics of high power fibre laser welding
JP6943889B2 (en) Laser machining methods for metallic materials with control of the lateral power distribution of the laser beam on the work surface, as well as mechanical and computer programs for the implementation of the methods.
US20070119829A1 (en) Orbital welding device for pipeline construction
KR20120064128A (en) Single crystal welding of directionally solidified materials
KR102535216B1 (en) Back surface welding system and method
KR20160032690A (en) Turbocharger shaft and wheel assembly
US20140209576A1 (en) Use of elevated pressures for reducing cracks in superalloy welding and cladding
RU2704353C1 (en) Method of hollow articles laser welding
CN114012260A (en) Laser welding repair method for crack damage of high-temperature component of gas turbine
CN107052581B (en) Laser modification welding method based on beam spot energy distribution regulation
KR20160032688A (en) Turbocharger shaft and wheel assembly
CN111673274B (en) Double-beam laser swing welding method for inhibiting welding cracks of high-strength titanium alloy
WO2014203489A1 (en) Outer can sealing method and outer can sealing device
Coste et al. Deep-penetration laser welding with Nd: YAG laser combination up to 11-kW laser power
Olabode et al. Overview of laser systems and optics applicable to hybrid laser welding of aluminium alloys
Chkalov et al. Laser powder cladding automated control method based on advanced monitoring system of processing area by CCD-camera
Deyneka Dupriez et al. Weld depth dynamics measured with optical coherence tomography during remote laser beam oscillation welding of battery system
CN214185730U (en) Laser welding system

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20210804