способ лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом алюминия и алюминиевых сплавов

Формула изобретения

Способ лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом алюминия и алюминиевых сплавов, включающий сварку деталей при одновременном воздействии лазерного луча и дуги в одну сварочную ванну в среде инертного газа, отличающийся тем, что при сварке дуговую горелку располагают перед лазерным лучом по ходу его движения и направляют сварочную проволоку в точку пересечения лазерного луча с поверхностью свариваемых деталей, при этом лазерный луч наклоняют на 10-20°, а дуговую горелку - на 30-40° в противоположные стороны относительно нормали к поверхности свариваемых деталей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам сварки соединений из алюминия и алюминиевых сплавов и может быть использовано при производстве легких металлоконструкций в различных отраслях промышленности.

Известен способ лазерной сварки соединений из алюминия и алюминиевых сплавов [патент JP № 11300485]. Способ предполагает, что присадочная проволока соприкасается с поверхностью свариваемой детали и сила, приложенная между присадочной проволокой и основным металлом, составляет p=1000*d² (гс), где d - диаметр присадочной проволоки.

Недостатком способа является необходимость точного совмещения присадочной проволоки с лазерным лучом и обеспечение требуемой силы прижатия проволоки к свариваемому металлу, что вызывает необходимость применения сложного прецизионного подающего устройства и приводит к увеличению трудоемкости при подготовке к сварке.

Известен способ лазерной сварки [патент CN № 1657223 (A)] с использованием присадочной проволоки соединений из алюминиевых сплавов с узким зазором величиной 1-10 мм и прямоугольной разделкой кромок, при котором присадочная проволока и защитный газ подают коаксиально в зазор, а лазерный луч, отклоненный от оси на 30-75°, плавит сварочную проволоку.

Недостатком способа является низкая энергетическая эффективность нагрева и плавления сварочной проволоки, а также поверхности алюминиевых сплавов при указанных углах наклона лазерного луча. В результате данный способ требует дополнительных затрат лазерной энергии и обладает низкой производительностью сварки.

Известен способ лазерно-дуговой сварки алюминия и алюминиевых сплавов, выбранный за прототип [заявка JP № 2005329430]. Способ лазерно-дуговой сварки алюминия и алюминиевых сплавов в среде инертного газа реализуют, устанавливая лазерную сварочную головку таким образом, чтобы ось лазерного луча располагалась перпендикулярно поверхности свариваемых деталей, дуговую горелку с плавящимся электродом располагают за лазерной сварочной головкой под углом относительно направления сварки, защитный газ подают в зону сварки с помощью дуговой горелки, проволоку направляют в точку, расположенную перед лазерным лучом.

Недостатком способа является низкое качество сварного соединения из-за дефектов формирования поверхности сварного шва, таких как: подрезы, неправильный профиль сварного шва, натеки, неровная поверхность.

Задачей настоящего изобретения является повышение качества сварного шва за счет коррекции формы шва сварного соединения.

Предложен способ лазерно-дуговой сварки алюминия и алюминиевых сплавов, включающий выполнение сварки при одновременном воздействии лазерного луча и дуги в одну сварочную ванну в среде инертного газа, причем при сварке наклоняют лазерный луч на 10-20 градусов, а дуговую горелку на 30-40 градусов в противоположные стороны относительно нормали к поверхности свариваемых деталей. Дуговую горелку устанавливают перед лазерным лучом по ходу его движения и направляют сварочную проволоку в точку пересечения лазерного луча с поверхностью свариваемых деталей.

Воздействие излучения мощного волоконного лазера обеспечивает повышенную глубину проплавления и высокую скорость сварки. Одновременное воздействие дуги, формирующей общую с лазерным лучом сварочную ванну, обеспечивает подачу присадочного материала в металл шва. Луч мощного волоконного лазера формирует в расплавленном металле парогазовый канал, наклон луча обеспечивает эффективный нагрев передней стенки канала, препятствуя его заливке и образованию пор в корневой части сварного шва. Расположение дуговой горелки перед лазерным лучом по ходу движения и направление сварочной проволоки в точку пересечения лазерного луча с поверхностью свариваемых деталей обеспечивает формирование сварочной ванны, состоящей из основного и присадочного металла. Угол наклона лазерного луча 10-20 градусов обеспечивает оптимальный угол встречи луча с поверхностью передней стенки парогазового канала, стабилизирует ее положение, препятствуя заливке парогазового канала расплавом. Угол наклона дуговой горелки 30-40 градусов обеспечивает оптимальную защиту сварочной ванны инертным газом, тем самым определяя химический состав и свойства металла сварочной ванны.

Совокупность отличительных признаков положительно влияет на гидродинамику сварочной ванны, что приводит к повышению качества сварного соединения за счет устранения дефектов, связанных с нарушением формы шва.

Способ опробован на сварке листов из алюминиевого сплава АМг6 толщиной s=10 мм. Первоначально выполняли V-образную разделку с углом разделки 30° и притуплением 3 мм. Лазерно-дуговую сварку проводили в среде инертного газа на волоконном лазере ЛС-15 с использованием сварочного дугового источника питания ВДУ 506ДК и механизма подачи проволоки ПДГО-511. Для сварки использовали лазерную сварочную головку фирмы Precitec. Лазерно-дуговую сварку плавящимся электродом выполняли при средней мощности лазерного излучения 7,5 кВт. В качестве присадочного материала использовали сварочную проволоку СвАМг61 диаметром 1,2 мм при скорости подачи проволоки 10 м/мин, токе дуги 180-200 А, напряжении 25 В, скорости сварки 1,8 м/мин, защитном газе - 100% Ar. Сварку производили при одновременном воздействии лазерного луча и дуги в одну сварочную ванну при следующих углах наклона лазерного луча и дуговой горелки:

Угол наклона лазерного луча, град	10	15	20
Угол наклона дуговой горелки, град	40	35	30

Дуговую горелку располагали перед лазерным лучом по ходу его движения и направляли сварочную проволоку в точку пересечения лазерного луча с поверхностью свариваемых деталей. Аналогично на этом же оборудовании и с такими же параметрами была проведена сварка листов из алюминия толщиной s=10 мм.

Последующий контроль сварных соединений, полученных предложенным способом, показал отсутствие дефектов, связанных с нарушением формы шва - подрезы отсутствуют, профиль сварного шва правильный, натеков нет, поверхность шва ровная, что подтверждает высокое качество соединений.