RU2732256C1 - Method of laser welding of metals and device for implementation of method - Google Patents

Abstract

FIELD: methods and devices for metal processing.

SUBSTANCE: invention relates to laser welding of materials. Protective gas is additionally supplied to welding zone through additional annular channel in laser welding head. Long-wave laser beam is fed in pulses with variable duration of pulse and variable duty ratio through detachable nozzle installed in nozzle case. 80 % of shielding gas - nitrogen, argon or helium - is fed into the annular channel, and additional protective gas - 20 % of CO₂ carbon dioxide is supplied to the additional annular channel. Laser radiation power is 3000÷4000 W, speed - 0.0083÷0.05 m/s, pulse duration - 50÷90 ms, duty ratio - 10÷40 ms at welding of materials with thickness of 1–5 mm.

EFFECT: invention makes it possible, during laser welding, to increase the size of the laser beam spot to optimum parameters required for welding of metals.

1 cl, 3 dwg

Description

Способ лазерной сварки относится к области обработки материалов лазерным лучом, а именно к процессам импульсной лазерной сварки.The method of laser welding relates to the field of processing materials with a laser beam, namely, to the processes of pulsed laser welding.

Известен способ для лазерной сварки листового металла (патент RU №2638090, МПК В23K 26/20, В23K 28/00, опубликованный 11.12.2017), включающий воздействие импульсов светового излучения с плотностью 103-104 Вт/см² на металлические тонкие пленки, при котором импульсы светового излучения создают посредством источника светового излучения в виде светопрозрачной колбы, заполненной инертным газом, и электродов, соединенных с импульсными разрядными накопителями электрической энергии, при этом импульсы светового излучения фокусируют на металлических тонких пленках в месте контакта двух прозрачных валков, вращающихся в противоположные стороны, причем частота следования импульсов светового излучения составляет от 10 до 50 Гц, а скорость вращения валков выбирают из условия попадания на место прижима металлических тонких пленок от 5 до 10 импульсов светового излучения. Устройство для сварки тонкопленочных изделий из металлов, содержит источники светового излучения и снабжено вращающимися в противоположные стороны прозрачными валками, при этом источники светового излучения выполнены в виде заполненных инертным газом светопрозрачных колб с электродами, введенными через торцы колб и соединенными с разрядными высоковольтными конденсаторами, которые снабжены отражателями, фокусирующими импульсы светового излучения в месте соприкосновения металлических тонких пленок, при этом источники светового излучения расположены внутри прозрачных валков.There is a known method for laser welding of sheet metal (patent RU No. 2638090, IPC V23K 26/20, V23K 28/00, published on 11.12.2017), including the impact of light pulses with a density of 103-104 W / cm ² on metal thin films, when in which pulses of light radiation are created by means of a light source in the form of a translucent bulb filled with an inert gas and electrodes connected to pulse discharge electric energy storage devices, while the pulses of light radiation are focused on metal thin films at the contact point of two transparent rolls rotating in opposite directions , moreover, the repetition rate of the pulses of light radiation is from 10 to 50 Hz, and the speed of rotation of the rolls is selected from the condition that 5 to 10 pulses of light radiation hit the place of pressing the metal thin films. A device for welding thin-film metal products contains light sources and is equipped with transparent rolls rotating in opposite directions, while the light sources are made in the form of translucent flasks filled with inert gas with electrodes inserted through the ends of the flasks and connected to high-voltage discharge capacitors, which are equipped with reflectors focusing pulses of light radiation at the point of contact of metal thin films, while the light sources are located inside the transparent rolls.

Однако известный способ не обеспечивает сварку материалов больших толщин, так как способ предназначен для сварки тонкопленочных изделий. Кроме того, сложная конструкция за счет валков приводит к замедлению процесса сварки и увеличению затрат электроэнергии, осуществляется простой оборудования.However, the known method does not provide welding of thick materials, since the method is intended for welding thin-film products. In addition, the complex structure due to the rolls leads to a slowdown in the welding process and an increase in energy costs, equipment downtime is carried out.

Известен способ для лазерной сварки (патент RU №2547987, МПК В23K 26/20, В23K 26/067, опубликованный 10.04.2015), включающий излучение двух лазерных лучей вдоль линии сплавления со стороны верхней поверхности обрабатываемой детали, при этом два лазерных луча передают через различные оптические волокна и имеют диаметры сфокусированных пятен размером 0,3 мм или более, при этом излучение лазерных лучей производят таким образом, что ведущий лазерный луч из двух лазерных лучей и задний лазерный луч из двух лазерных лучей наклоняют в направлении сварки и под углом по отношению к направлению, перпендикулярному верхней поверхности обрабатываемой детали, причем ведущий лазерный луч располагают впереди по отношению к заднему лазерному лучу на верхней поверхности обрабатываемой детали в направлении сварки, а задний лазерный луч располагают позади за ведущим лазерным лучом на верхней поверхности обрабатываемой детали в направлении сварки, причем угол падения ведущего лазерного луча больше, чем угол падения заднего лазерного луча.There is a known method for laser welding (patent RU No. 2547987, IPC В23K 26/20, В23K 26/067, published on April 10, 2015), including the radiation of two laser beams along the fusion line from the side of the upper surface of the workpiece, while two laser beams are transmitted through different optical fibers and have focused spot diameters of 0.3 mm or more, wherein the laser beams are emitted in such a way that the leading laser beam of the two laser beams and the back laser beam of the two laser beams are tilted in the welding direction and at an angle with respect to to the direction perpendicular to the upper surface of the workpiece, the leading laser beam being positioned in front of the rear laser beam on the upper surface of the workpiece in the welding direction, and the rear laser beam being positioned behind the leading laser beam on the upper surface of the workpiece in the welding direction, and the angle of incidence of the leading laser beam is greater than that l Incidence of the rear laser beam.

Способ лазерной сварки, в котором лазерную сварку выполняют с установкой зазора между центром облучаемой области верхней поверхности обрабатываемой детали, которую облучают ведущим лазерным лучом, и центром облучаемой области верхней поверхности обрабатываемой детали, которую облучают задним лазерным лучом, равным 6×D_max или меньше. D_max - диаметр пятна, наибольший среди диаметров D_a пятна ведущего лазерного луча и диаметров D_b пятна заднего лазерного луча, а также с установкой зазора между центром выходящей области задней поверхности обрабатываемой детали, из которой выходит ведущий лазерный луч, и центром выходящей области задней поверхности обрабатываемой детали, из которой выходит задний лазерный луч, таким образом, чтобы обеспечить его попадание в пределы области от 2×D_max до 12×D_max пo отношению к наибольшему диаметру D_max пятна.A laser welding method, in which laser welding is performed by setting a gap between the center of the irradiated area of the upper surface of the workpiece that is irradiated with the leading laser beam and the center of the irradiated area of the upper surface of the workpiece that is irradiated with the back laser beam equal to 6 × D _max or less. D _max is the spot diameter, the largest among the diameters D _a of the leading laser beam spot and the diameters D _b of the rear laser beam spot, as well as with the setting of a gap between the center of the outgoing area of the rear surface of the workpiece, from which the leading laser beam exits, and the center of the outgoing area of the rear the surface of the workpiece, from which the rear laser beam comes out, so as to ensure it falls within the range from 2 × D _max to 12 × D _{max with} respect to the largest diameter D _{max of the} spot.

Способ лазерной сварки, в котором углы падения ведущего лазерного луча и заднего лазерного луча находятся в диапазоне от 5 до 50°.A laser welding method in which the angles of incidence of the leading laser beam and the rear laser beam are in the range of 5 ° to 50 °.

Однако известный способ осуществляется несколькими лучами, что усложняет оптическую часть конструкции и требует длительной настройки оптики и фокуса, что делает процесс медленным, а само устройство дорогостоящим и предназначен для сварки тонких листов.However, the known method is carried out with several beams, which complicates the optical part of the structure and requires a long adjustment of the optics and focus, which makes the process slow, and the device itself is expensive and is intended for welding thin sheets.

Известен способ для лазерной сварки (патент RU №34427, МПК В23K 26/00, В23K 26/02, В23K 26/03, опубликованный 10.12.2003), который может найти применение в различных отраслях машиностроения, ювелирной и медицинской промышленности. Способ осуществляют следующим образом: строят градуировочные кривые зависимости доли металла или сплава, распыленного лазерным излучением с определенным уровнем мощности, задержанного жидкой средой, практически прозрачной для лазерного излучения, от глубины погружения в жидкую среду поверхности гравируемого металла или сплава. Затем погружают разрезаемый металл или сплав в жидкую среду на глубину, определенную по градуировочной кривой. Осуществляют проплавление металла или его сплава по линии сварки пучком лазерного излучения. Одновременно с поступательным перемещением пучка лазерного излучения осуществляют его вращение с радиусом R.A known method for laser welding (patent RU No. 34427, IPC В23K 26/00, В23K 26/02, В23K 26/03, published on 10.12.2003), which can be used in various branches of mechanical engineering, jewelry and medical industries. The method is carried out as follows: building calibration curves of the dependence of the fraction of metal or alloy sprayed by laser radiation with a certain power level, retained by a liquid medium, practically transparent to laser radiation, on the depth of immersion in the liquid medium of the surface of the engraved metal or alloy. Then the cut metal or alloy is immersed in a liquid medium to a depth determined by the calibration curve. The metal or its alloy is penetrated along the welding line with a laser beam. Simultaneously with the translational movement of the laser beam, it is rotated with a radius R.

Однако известный способ предназначен для сварки тонких изделий, является сложным в выполнении, но не гарантирует высокие прочностные характеристики сварного шва, так как время остывания жидкого металла ограничено (несколько миллисекунд).However, the known method is intended for welding thin products, is difficult to implement, but does not guarantee high strength characteristics of the weld, since the cooling time of the liquid metal is limited (several milliseconds).

Известен способ для лазерной сварки листового металла (патент RU №2659503, МПК В23K 26/14 (2014.01) В23K 26/20 (2014.01), опубликованный 02.07.2018), ближайший по технической сущности и принятый за прототип, который может быть использован для точечной и шовной сварки черных и цветных металлов, обладающих высокой окислительной активностью без добавления присадочного материала. Лазерная сварочная головка закреплена под фокусирующей линзой лазерного сварочного аппарата, содержит: кольцевое сопло для нагнетания защитного газа, расположенное на одной оптической оси с лазерной сварочной головкой и защитную камеру для защиты фокусирующей линзы посредством поперечного потока воздуха, при этом камера имеет впуск воздуха и выпуск воздуха, согласованный с впуском воздуха, в плоскости, которая по существу перпендикулярна упомянутой оптической оси, причем упомянутый выпуск воздуха ориентирован в направлении, противоположном направлению продвижения лазерной сварочной головки.A known method for laser welding of sheet metal (patent RU No. 2659503, IPC В23K 26/14 (2014.01) В23K 26/20 (2014.01), published 02.07.2018), the closest in technical essence and taken as a prototype, which can be used for point and seam welding of ferrous and non-ferrous metals with high oxidative activity without the addition of filler material. The laser welding head is fixed under the focusing lens of the laser welding machine, it contains: an annular nozzle for injecting a shielding gas, located on the same optical axis with the laser welding head and a protective chamber for protecting the focusing lens by means of a transverse air flow, while the chamber has an air inlet and air outlet matched to the air inlet in a plane that is substantially perpendicular to said optical axis, said air outlet being oriented in a direction opposite to the advancing direction of the laser welding head.

Способ лазерной сварки с помощью сварочной головки, характеризующийся тем, что лазерный луч фокусируют вдоль оптической оси в фокальной точке, находящейся под кольцевым соплом, при этом защитный газ нагнетают вокруг упомянутой фокальной точки через упомянутое кольцевое сопло, а с помощью поперечного потока воздуха в упомянутой защитной камере защищают фокусирующую линзу и одновременно лазерную сварочную головку продвигают вдоль шва, перпендикулярного оптической оси.A method of laser welding using a welding head, characterized in that the laser beam is focused along the optical axis at a focal point located under an annular nozzle, while a shielding gas is injected around said focal point through said annular nozzle, and with the help of a transverse air flow in said shielding the camera is protected by a focusing lens and at the same time the laser welding head is moved along the seam perpendicular to the optical axis.

Однако известный способ недостаточно защищает сварной шов за счет подачи только единственного защитного газа - азота, аргона или гелия. Во время выполнения процесса сварки необходимы дополнительные затраты на очистку шва от образовавшейся от взаимодействия жидкого расплава с окружающей средой (воздухом) шлаковой корки металлов, невозможность сварки материалов толщиной до 5 мм, а также применения присадочного материала, что ведет к уширению сварного шва.However, the known method does not sufficiently protect the weld by supplying only a single shielding gas - nitrogen, argon or helium. During the welding process, additional costs are required for cleaning the seam from the metal slag crust formed from the interaction of the liquid melt with the environment (air), the impossibility of welding materials with a thickness of up to 5 mm, as well as the use of filler material, which leads to widening of the weld.

Технической проблемой, на решение которой направлен заявляемый способ и устройство для осуществления способа, является разработка способа лазерной сварки материалов толщиной до 5 мм.The technical problem to be solved by the claimed method and device for implementing the method is the development of a method for laser welding of materials up to 5 mm thick.

Технический результат, на достижение которого направлен предлагаемый способ лазерной сварки и устройство для осуществления способа, заключается в повышении прочности и качества сварного шва, точности фокусировки лазерного пучка, в уменьшении энергозатрат.The technical result, which the proposed method of laser welding and the device for implementing the method are aimed at, is to increase the strength and quality of the weld, the accuracy of focusing the laser beam, and to reduce energy consumption.

Технический результат достигается тем, что в способе лазерной сварки металлов сварочной головкой с соплом, закрепленным под фокусирующей линзой, включающей кольцевой канал для нагнетания защитного газа, расположенный на одной оптической оси с вышеупомянутым соплом, при котором одновременно с лазерным лучом в кольцевой канал подают с поджатием струи защитный газ, новым является то, что в зону сварки дополнительно подают защитный газ через дополнительный кольцевой канал в корпусе сопла, при этом длинноволновый лазерный луч подают импульсно с переменной мощностью, переменной скоростью, переменной длительностью импульса и переменной скважностью через съемную насадку, установленную в корпусе сопла.The technical result is achieved in that in the method of laser welding of metals with a welding head with a nozzle fixed under the focusing lens, including an annular channel for injecting a protective gas, located on the same optical axis with the aforementioned nozzle, in which, simultaneously with the laser beam, the annular channel is supplied with compression jets of shielding gas, new is that the welding zone is additionally supplied with shielding gas through an additional annular channel in the nozzle body, while the long-wavelength laser beam is pulsed with variable power, variable speed, variable pulse duration and variable duty cycle through a removable nozzle installed in nozzle body.

В кольцевой канал подают 80% защитного газа - азота, аргона или гелия, а в дополнительный кольцевой канал подают дополнительно защитный газ - 20% углекислого газа CO₂, при этом мощность лазерного излучения составляет 3000 Вт÷4000 Вт, скорость - 0,0083 м/с÷0,05 м/с, длительность импульса - 50 мс÷90 мс, скважность - 10 мс÷40 мс при сварке материалов толщиной от 1 мм до 5 мм.80% of a protective gas - nitrogen, argon or helium - is fed into the annular channel, and an additional annular channel is supplied with an additional protective gas - 20% of carbon dioxide CO ₂ , while the laser radiation power is 3000 W ÷ 4000 W, the speed is 0.0083 m / s ÷ 0.05 m / s, pulse duration - 50 ms ÷ 90 ms, duty cycle - 10 ms ÷ 40 ms when welding materials with a thickness of 1 mm to 5 mm.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для осуществления способа, содержащем сварочную головку с соплом, закрепленным под фокусирующей линзой, включающую кольцевой канал для нагнетания защитного газа, расположенный на одной оптической оси с вышеупомянутым соплом, новым является то, что в корпусе сопла выполнен дополнительный кольцевой канал для подвода дополнительно защитного газа, концентрично расположенный относительно вышеупомянутого кольцевого канала и сопла, в котором установлена сужающаяся съемная насадка.The technical result is achieved by the fact that in a device for implementing the method, comprising a welding head with a nozzle fixed under the focusing lens, including an annular channel for injecting a protective gas located on the same optical axis with the aforementioned nozzle, it is new that an additional an annular channel for supplying additional protective gas, concentrically located relative to the above annular channel and a nozzle, in which a converging removable nozzle is installed.

Сварочная головка снабжена датчиком установки сопла относительно поверхности свариваемых элементов и контроля размера между срезом сопла и свариваемыми деталями.The welding head is equipped with a sensor for setting the nozzle relative to the surface of the elements to be welded and controlling the size between the nozzle exit and the parts to be welded.

Для получения заданной формы струи лазерного излучения, съемная насадка выполнена с диаметром в узком сечении 1±0,02 мм.To obtain a given shape of a jet of laser radiation, a removable nozzle is made with a diameter in a narrow section of 1 ± 0.02 mm.

Расстояние от среза сопла до свариваемых деталей должна быть равной половине диаметра съемной насадки для получения оптимальных параметров фокального пятна.The distance from the nozzle exit to the parts to be welded should be equal to half the diameter of the removable nozzle to obtain optimal parameters of the focal spot.

На фигуре 1 представлено продольное сечение сварочной головки.Figure 1 shows a longitudinal section of a welding head.

На фиг. 2 увеличенный вид Б (фиг. 1) съемной насадки в режиме сварки металлов толщиной от 1 мм до 5 мм.FIG. 2 is an enlarged view B (Fig. 1) of a removable nozzle in the mode of welding metals with a thickness of 1 mm to 5 mm.

На фиг. 3 представлен вид А фиг. 1.FIG. 3 shows view A of FIG. 1.

Сварочная головка содержит наружный корпус 1, который снабжен крышкой 2 (фиг. 1). Внутри наружного корпуса 1 расположен внутренний корпус 3, к которому прикреплен корпус сопла 4 (фиг. 1). Манжеты 5, закрепленные на внутреннем корпусе 3 (фиг. 1) предназначены для герметизации полости 6. Ограничительное кольцо 7 (фиг. 1) служит упором между внутренним корпусом 3 и корпусом сопла 4. К корпусу сопла 4 крепится съемная насадка 8 (фиг. 1), которая для режимов сварки металлов толщиной до 5 мм имеет диаметр в узком сечении 1±0,02 мм. На наружном корпусе 1 ниже среза сопла 9 расположен датчик 10 (фиг. 1) для установки и контроля размера между срезом сопла 9 и свариваемыми деталями 11, который жестко закреплен на кронштейне 12.The welding head contains an outer casing 1, which is equipped with a cover 2 (Fig. 1). Inside the outer body 1 there is an inner body 3, to which the nozzle body 4 is attached (Fig. 1). Cuffs 5, fixed on the inner body 3 (Fig. 1) are designed to seal the cavity 6. The restricting ring 7 (Fig. 1) serves as a stop between the inner body 3 and the nozzle body 4. A removable nozzle 8 is attached to the nozzle body 4 (Fig. 1 ), which for welding modes of metals up to 5 mm thick has a diameter in a narrow section of 1 ± 0.02 mm. On the outer housing 1, below the nozzle 9, there is a sensor 10 (Fig. 1) for setting and controlling the size between the nozzle 9 and the parts to be welded 11, which is rigidly fixed to the bracket 12.

В корпусе сопла 4 выполнен кольцевой канал 13, по которому протекает защитный газ - азот, аргон или гелий, который подается через штуцер 14. Также концентрично кольцевому каналу 13 выполнен дополнительный кольцевой канал 15, по которому протекает дополнительно защитный газ - углекислый газ, который подается через штуцер 16. Мембрана 17 прикреплена манжетами 5 (фиг. 1) к внутренней поверхности наружного корпуса 1 и внешней поверхности корпуса сопла 4. На фигуре 2 представлен увеличенный вид Б (фиг. 1) съемной насадки 8 в режиме сварки металлов толщиной до 5 мм.An annular channel 13 is made in the nozzle body 4, through which a protective gas flows - nitrogen, argon or helium, which is supplied through the fitting 14. Also concentric to the annular channel 13, an additional annular channel 15 is made, through which an additional protective gas flows - carbon dioxide, which is supplied through the fitting 16. The membrane 17 is attached with cuffs 5 (Fig. 1) to the inner surface of the outer housing 1 and the outer surface of the nozzle body 4. Figure 2 shows an enlarged view B (Fig. 1) of the removable nozzle 8 in the mode of welding metals up to 5 mm thick ...

Сварочная головка работает следующим образом.The welding head works as follows.

Сварочная головка установлена на расстоянии 0,5±0,02 мм от свариваемых деталей 11 для увеличения размера пятна лазерного пучка до оптимальных параметров, необходимых для выполнения сварки металлов. В сопло 9 подается лазерный луч, который проходит через линзу 18. Длинноволновый лазерный луч на свариваемые детали 11 подают импульсно с переменной длительностью импульса и переменной скважностью, который проходит через линзу 18 и выходит через съемную насадку 8 для оплавления кромок металла и выдува окисной пленки. Во время сварки (фиг. 1) в кольцевой канал 13 подается 80% защитного газа - азота, аргона или гелия через нижний штуцер 14 для защиты сварного шва 19, а также дополнительно 20% углекислого газа в дополнительный кольцевой канал 15 через штуцер 16 для более эффективного улучшения прочности, качества сварного шва и уменьшения зоны термического влияния. Защитные газы в процессе сварки подаются одновременно с лазерным лучом и защищают сварной шов 19 от брызг и воздействия жидкого расплава с окружающей средой (фиг. 1). На фигуре 3 представлен вид А, где вставляется съемная насадка 8 и имеется отверстие под ключ 20 для вставки съемной насадки 8 винтами.The welding head is installed at a distance of 0.5 ± 0.02 mm from the parts 11 to be welded to increase the spot size of the laser beam to the optimal parameters required for welding metals. A laser beam is fed into the nozzle 9, which passes through the lens 18. The long-wave laser beam is pulsed to the parts 11 to be welded with a variable pulse duration and variable duty cycle, which passes through the lens 18 and exits through a removable nozzle 8 for melting the metal edges and blowing out the oxide film. During welding (Fig. 1), 80% of shielding gas - nitrogen, argon or helium is supplied to the annular channel 13 through the lower fitting 14 to protect the welded seam 19, as well as an additional 20% of carbon dioxide into the additional annular channel 15 through the fitting 16 for more effectively improve the strength, quality of the weld and reduce the heat affected zone. Shielding gases during the welding process are supplied simultaneously with the laser beam and protect the weld 19 from splashes and exposure to liquid melt with the environment (Fig. 1). Figure 3 shows a view A, where the removable nozzle 8 is inserted and there is a key hole 20 for inserting the removable nozzle 8 with screws.

Съемная насадка 8 (фиг. 1) позволит одновременно очищать место обработки материалов от шлаковой корки и улучшать качество сварного шва и прочность сварного соединения. Съемная насадка фиксируется с боку сопла 9 винтами.Removable nozzle 8 (Fig. 1) will allow you to simultaneously clean the place of processing materials from the slag crust and improve the quality of the weld and the strength of the welded joint. The removable nozzle is fixed to the side of the nozzle with 9 screws.

В комплекте с лазерными технологическими комплексами, обеспечиваются основные технологические показатели на уровне: шероховатость поверхности реза на титановых сплавах не выше 2…4 мкм, на нержавеющих и высоколегированных сталях не выше 10…15 мкм при ширине реза 0,1…0,21 мм, глубину зоны термического влияния не более 0,2 мм.Complete with laser technological complexes, the main technological indicators are provided at the level of: the roughness of the cut surface on titanium alloys not higher than 2 ... 4 microns, on stainless and high-alloy steels not higher than 10 ... 15 microns with a cut width of 0.1 ... 0.21 mm, the depth of the heat-affected zone is not more than 0.2 mm.

Технические характеристики, а именно переменная скорость сварки играет главную роль в осуществлении соединения двух заготовок: скорость сварки в диапазоне от 0,0083 м/с до 0,05 м/с, так как ниже 0,0083 м/с сварка металлов не осуществиться, а в случае высокой переменной скорости, которая выше 0,05 м/с будет неполное проплавление по кромкам заготовок, а также непроплавление корня сварного шва металлов от 2 мм до 5 мм. При переменной длительности импульса, которая ниже 50 мс и переменной скважности, которая выше 40 мс процесс сварки металлов не выполним, поскольку нижние пределы не дают сплавления расплавленного металла по кромкам листов, что нельзя назвать сварным соединением. В случае, когда переменная длительность импульса выше 90 мс и переменная скважность ниже 10 мс, то это означает сплошное проплавление и непроплавление корня сварного шва металлов от 2 мм до 5 мм.Technical characteristics, namely, variable welding speed plays a major role in the implementation of joining two workpieces: welding speed in the range from 0.0083 m / s to 0.05 m / s, since metal welding cannot be carried out below 0.0083 m / s, and in the case of a high variable speed, which is higher than 0.05 m / s, there will be incomplete penetration along the edges of the workpieces, as well as non-penetration of the root of the weld of metals from 2 mm to 5 mm. With a variable pulse duration, which is below 50 ms and a variable duty cycle, which is above 40 ms, the metal welding process is not feasible, since the lower limits do not allow melted metal fusion along the edges of the sheets, which cannot be called a welded joint. In the case when the variable pulse duration is above 90 ms and the variable duty cycle is below 10 ms, this means continuous penetration and non-penetration of the metal weld root from 2 mm to 5 mm.

В режиме сварки металлов до 5 мм интенсивность лазерного излучения устанавливается в зависимости от выполняемого режима и составляет 68 Дж/см² и 78 Дж/см².In the mode of welding metals up to 5 mm, the intensity of laser radiation is set depending on the mode being performed and is 68 J / cm ² and 78 J / cm ² .

Сварочная головка позволит вести сварку до 5 мм с высокой производительностью, обеспечиваемой за счет изменения режимов в процессе импульсной сварки. Защитные газы в зону сварки подают одновременно.The welding head will allow welding up to 5 mm with high productivity, provided by changing modes during the pulse welding process. Shielding gases are supplied to the welding zone simultaneously.

Предлагаемый способ лазерной сварки позволяет обеспечить экономичность, точность лазерной сварки, прочность сварного шва.The proposed method of laser welding allows to ensure efficiency, precision of laser welding, strength of the welded seam.

Claims (1)

Способ лазерной сварки металлов, включающий использование сварочной лазерной головки с соплом, закрепленным под фокусирующей линзой, в корпусе которого выполнен кольцевой канал для защитного газа, и подачу лазерного излучения и струи защитного газа в зону сварки, отличающийся тем, что в зону сварки подают дополнительный защитный газ через дополнительный кольцевой канал, выполненный в корпусе сопла, а лазерный луч подают импульсно через съемную насадку, которую устанавливают в сопле, при этом в кольцевой канал подают азот, аргон или гелий в количестве, равном 80% защитного газа, а в дополнительный кольцевой канал - углекислый газ CO₂ в количестве, равном 20% защитного газа, при этом осуществляют сварку материалов толщиной от 1 до 5 мм при мощности лазерного излучения 3000-4000 Вт, скорости 0,0083-0,05 м/с, длительности импульса 50-90 мс, скважности импульсов 10-40 мс, причем в процессе сварки расстояние от среза сопла до свариваемых деталей устанавливают равным половине диаметра съемной насадки.A method of laser welding of metals, including the use of a welding laser head with a nozzle fixed under the focusing lens, in the body of which an annular channel for a shielding gas is made, and the supply of laser radiation and a jet of shielding gas to the welding zone, characterized in that an additional shielding gas is supplied to the welding zone gas through an additional annular channel made in the nozzle body, and the laser beam is supplied impulsively through a removable nozzle, which is installed in the nozzle, while nitrogen, argon or helium is fed into the annular channel in an amount equal to 80% of the shielding gas, and into the additional annular channel - carbon dioxide CO ₂ in an amount equal to 20% of shielding gas, while welding materials with a thickness of 1 to 5 mm at a laser power of 3000-4000 W, a speed of 0.0083-0.05 m / s, a pulse duration of 50 90 ms, pulse duty cycle 10-40 ms, and during welding, the distance from the nozzle exit to the parts to be welded is set equal to half the diameter removably th nozzles.

Images