17.06.2020
220.018.2755

СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ С КОНТРОЛЕМ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ СВАРНОГО ШВА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к способу лазерной сварки изделий с глубоким проплавлением и может быть использовано при лазерной сварке с контролем процесса формирования сварного шва непосредственно в процессе сварки. Способ включает сварку в вакууме лазерным лучом с контролем процесса формирования сварного шва. Согласно первому варианту в процессе сварки управляют удельной мощностью лазерного луча. Измеряют амплитуду и/или частоту вторично-эмиссионного электронного тока в плазме, образующейся над зоной воздействия лазерного луча на металл свариваемого изделия. Для этого устанавливают над зоной сварки коллектор заряженных частиц, подают на коллектор положительный потенциал относительно свариваемого изделия и создают внешнюю цепь для зарядов плазмы. В процессе сварки поддерживают амплитуду и/или частоту полученного сигнала на заданном уровне. Согласно второму варианту измеряют амплитуду и/или частоту ионного тока в плазме, образующейся над зоной воздействия лазерного луча на металл свариваемого изделия. Для этого устанавливают над зоной сварки коллектор заряженных частиц, подают на коллектор отрицательный потенциал относительно свариваемого изделия и создают внешнюю цепь для зарядов плазмы. В процессе сварки поддерживают амплитуду и/или частоту полученного сигнала на заданном уровне. Техническим результатом при использовании изобретения является повышение качества сварных соединений, полученных при лазерной сварке с глубоким проплавлением.2 н.п. ф-лы, 4 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретения относятся к области лазерной сварки с глубоким проплавлением и могут быть использованы при лазерной сварке с контролем процесса формирования сварного шва непосредственно в процессе сварки.

Стабильность и качество сварного шва при лазерной сварке с глубоким проплавлением зависят от множества различных факторов. При этом обеспечение качественного формирования шва и воспроизводимости геометрических параметров сварных соединений, полученных лазерной сваркой, требует осуществления контроля процесса взаимодействия лазерного луча с металлом.

Взаимодействие мощного лазерного луча с металлом приводит к интенсивному испарению металла. Ионизация этих паров лазерным излучением вызывает образование над зоной сварки плазменного облака.

Известен способ контроля процесса лазерной сварки (GB2259269A), в котором контроль процесса сварки осуществляется путем регистрации акустического сигнала, испускаемого плазменным облаком в зоне воздействия лазерного луча.

Недостатком этого способа является низкая точность контроля процесса лазерной сварки, связанная с наличием посторонних акустических воздействий, вносящих погрешность в регистрируемый сигнал.

Наиболее близким к первому и второму варианту заявляемого способа по технической сущности и достигаемому эффекту является способ контроля процесса лазерной сварки (US4827099), при котором контроль процесса осуществляется путем регистрации электромагнитного излучения (ультрафиолетового - из плазменного облака и инфракрасного - из расплавленного металла) в зоне воздействия лазерного луча.

Недостатком известного способа является невысокая точность контроля процесса лазерной сварки, так как процесс детектирования регистрируемых электромагнитных излучений достаточно сложен и подвержен влиянию посторонних помех.

Задачей, решаемой вариантами изобретения, является повышение точности контроля процесса лазерной сварки с глубоким проплавлением.

Техническим результатом, достигаемым вариантами изобретения, является повышение качества сварных соединений, полученных при лазерной сварке с глубоким проплавлением.

Технический результат достигается тем, что в способе лазерной сварки изделия, включающем сварку лазерным лучом с контролем процесса формирования сварного шва, согласно первому варианту изобретения, процесс сварки проводят в вакууме, в процессе сварки управляют удельной мощностью лазерного луча, при этом измеряют амплитуду и/или частоту вторично-эмиссионного электронного тока в плазме, образующейся над зоной воздействия лазерного луча на металл свариваемого изделия, для чего устанавливают над зоной сварки коллектор заряженных частиц, подают на коллектор положительный потенциал относительно свариваемого изделия и создают внешнюю цепь для зарядов плазмы, а в процессе сварки поддерживают амплитуду и/или частоту полученного сигнала на заданном уровне.

Технический результат также достигается тем, что в способе лазерной сварки изделия, включающем сварку лазерным лучом с контролем процесса формирования сварного шва, согласно второму варианту изобретения, процесс сварки проводят в вакууме, в процессе сварки управляют удельной мощностью лазерного луча, при этом измеряют амплитуду и/или частоту ионного тока в плазме, образующейся над зоной воздействия лазерного луча на металл свариваемого изделия, для чего устанавливают над зоной сварки коллектор заряженных частиц, подают на коллектор отрицательный потенциал относительно свариваемого изделия и создают внешнюю цепь для зарядов плазмы, а в процессе сварки поддерживают амплитуду и/или частоту полученного сигнала на заданном уровне.

Заявляемый способ позволяет с высокой точностью осуществлять оперативный контроль процесса лазерной сварки с глубоким проплавлением, что обеспечивает высокое качество сварного соединения при лазерной сварке. Наличие вакуума в зоне проведения лазерной сварки обеспечивает дополнительное преимущество, заключающееся в повышении эффективности процесса сварки в результате снижения интенсивности потерь мощности лазерного излучения в плазменном облаке, так как плотность плазмы в вакуумной среде значительно снижается по сравнению с плотностью плазмы, возникающей при воздействии лазерного луча на металл при атмосферном давлении.

При лазерной сварке с высокими значениями удельной мощности лазерного луча в свариваемом металле образуется узкий и глубокий канал проплавления, из которого происходит истечение паров металла в окружающую среду, а процесс взаимодействия мощного лазерного луча с металлом носит колебательный характер. Параметры этих колебаний зависят от удельной мощности лазерного луча в области его взаимодействия с металлом. Воздействие мощного лазерного луча на металл в канале проплавления обуславливает нагрев металла до высоких температур, что в свою очередь приводит к появлению интенсивной термоэлектронной эмиссии из зоны воздействия лазерного луча на металл, при этом электронный поток из зоны сварки имеет колебательный характер, связанный с колебательными процессами в канале проплавления.

При наличии вакуумной среды в зоне взаимодействия лазерного луча с металлом плотность нейтральных частиц плазмы уменьшается, и плазма становится идеальным проводником тока, формируемого термоэлектронной эмиссией из канала проплавления в металле. Этот вторично-эмиссионный ток в плазме регистрируется путем установки над зоной лазерной сварки с глубоким проплавлением коллектора заряженных частиц, на который подается положительный потенциал, и создается внешняя цепь для зарядов плазмы.

Колебательные процессы в канале проплавления при лазерной сварке вызывают соответствующие колебания вторично-эмиссионного тока в плазме, регистрация которых осуществляется путем выделения этих колебаний на резисторе нагрузки и измерения их параметров (частоты и (или) амплитуды).

Предлагаемый способ поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-4.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, предназначенного для осуществления заявляемого способа.

На фиг. 2 изображена осциллограмма вторично-эмиссионного сигнала, регистрируемая коллектором заряженных частиц при подаче на него положительного потенциала.

На фиг. 3 изображена зависимость амплитудно-частотного параметра - энергии импульсов вторично-эмиссионного тока, регистрируемого коллектором заряженных частиц, от величины удельной мощности лазерного луча.

На фиг. 4 изображена зависимость коэффициента формы сварного шва от удельной мощности лазерного луча.

Способ лазерной сварки с контролем процесса формирования сварного шва осуществляется следующим образом.

В установке для лазерной сварки (фиг. 1) в зоне сварки изделия 1 создают вакуум с помощью вакуумной камеры 2, над зоной сварки устанавливают коллектор 3 заряженных частиц и подают на него положительный или отрицательный потенциал с помощью источника 4 постоянного напряжения. При выполнении процесса сварки сигнал с резистора 5 нагрузки поступает в блок 6 обработки сигнала, где происходит его частотное и (или) амплитудное детектирование. Сигнал с блока 6 обработки сигнала в блоке 7 сравнения сравнивается с опорным сигналом, формируемым блоком 8 установки заданного значения сигнала, и сигнал рассогласования поступает в блок 9 управления лазерной установкой, корректируя величину удельной мощности лазерного луча путем изменения положения фокуса лазерного луча до значений, обеспечивающих равенство регистрируемого и опорного сигналов.

Переключатель 10 полярности источника 4 постоянного напряжения обеспечивает возможность подачи на коллектор 3 заряженных частиц как положительного напряжения для регистрации параметров сигнала вторично-эмиссионного электронного тока в плазме, так и отрицательного потенциала для регистрации параметров сигнала ионного тока в плазме.

Экспериментальная апробация способа проводилась путем исследования взаимосвязи энергии импульсов вторично-эмиссионного тока, регистрируемого в плазме над зоной лазерной сварки в вакууме, и удельной мощности лазерного луча при воздействии лазерного луча на плоские образцы толщиной 4 мм из стали 12Х18Н10Т. С целью уменьшения отражающей способности зачистка поверхности образцов не проводилась. Для экспериментов использовалась установка ALFA-300 с варьированием максимального напряжения накопителя от 200 В до 400 В, длительностью импульсов от 4 мс до 20 мс, частотой следования импульсов 1 Гц.

Для контроля процесса формирования сварного шва при лазерной сварке в вакууме по параметрам вторично-эмиссионного сигнала в соответствии со схемой на фиг.1 над зоной сварки был установлен коллектор заряженных частиц, на который подавался положительный потенциал, и создавалась внешняя электрическая цепь для регистрации тока, протекающего в плазме над зоной сварки.

В ходе экспериментов проводилось изменение точки фокусировки лазерного излучения в пределах ±1.6 мм, что приводило к изменению удельной мощности лазерного луча. Удельную мощность лазерного луча вычисляли, в приближении ее равномерного распределения по диаметру пучка, который определяли путем прожигания фольги при импульсном воздействии лазерного луча. Для определения усредненных значений энергии импульсов Ei по формуле где Im - амплитуда импульсов тока, осциллограмма которого приведена на фиг. 2, ψ - коэффициент формы импульса тока I(t), t - длительность импульса, использовались полученные в ходе экспериментов средние значения амплитуды и частоты импульсов вторично-эмиссионного тока, при этом средняя длительность импульса приближенно принималась равной где - средняя частота колебаний вторично-эмиссионного тока. На фиг. 3 приведен график зависимости энергии импульсов вторично-эмиссионного тока, регистрируемого коллектором заряженных частиц, от величины удельной мощности лазерного луча, а на фиг. 4 - зависимость коэффициента формы сварного шва от удельной мощности лазерного луча. Таким образом, амплитудно-частотный параметр - энергия импульсов вторично-эмиссионного тока - в первом приближении пропорциональна отношению глубины сварного шва к его ширине. Это подтверждает возможность осуществления оперативного контроля процесса формирования сварного шва при лазерной сварке в вакууме по амплитудно-временным параметрам импульсов тока, регистрируемого в плазме над зоной лазерной сварки в вакууме.


СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ С КОНТРОЛЕМ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ СВАРНОГО ШВА
СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ С КОНТРОЛЕМ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ СВАРНОГО ШВА
СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ С КОНТРОЛЕМ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ СВАРНОГО ШВА
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 57.
10.11.2015
№216.013.8e03

Способ управления фокусировкой луча при электронно-лучевой сварке металлов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области электронно-лучевой сварки металлов. Осуществляют синфазную осцилляцию фокуса электронного луча и осцилляцию продольных отклонений луча в частотном диапазоне от 300 до 2000 Гц по синусоидальному или линейному закону. Одновременно измеряют сигнал вторичного тока в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002567962
Дата охранного документа: 10.11.2015
29.12.2017
№217.015.f69e

Способ получения противоклещевого иммуноглобулина из донорской иммунной плазмы

Изобретение относится к медицине, а именно к иммунологии, и может быть использовано для получения противоклещевого иммуноглобулина. Для этого предварительно по экспериментальным данным анализов плазмы многочисленной группы доноров осуществляют прогностический расчет среднего титра антител к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639261
Дата охранного документа: 20.12.2017
03.03.2019
№219.016.d284

Система управления буровым устройством для разработки труднодоступных запасов углеводородов

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано при бурении скважин, а именно наклонно-направленных скважин с протяженным горизонтальным участком, в частности, для разработки труднодоступных запасов углеводородов. Система управления буровым устройством включает корпус, имеющий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002681053
Дата охранного документа: 01.03.2019
14.03.2019
№219.016.deeb

Способ получения альтернативного топлива из твердых коммунальных отходов

Изобретение описывает способ получения альтернативного топлива из твердых коммунальных отходов, включающий сортировку отходов с выделением горючих фракций с последующим их измельчением, сушку, характеризующийся тем, что предварительно проводят подготовку ТКО путем деления основного потока ТКО...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002681655
Дата охранного документа: 12.03.2019
17.03.2019
№219.016.e2db

Способ определения смачиваемости горных пород методом рентгеновской томографии керна

Изобретение относится к области нефтяной геологии и может использоваться для определения смачиваемости нефтенасыщенных горных пород. Способ определения смачиваемости горных пород методом рентгеновской томографии керна включает изготовление из керна горных пород стандартных цилиндрических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002682098
Дата охранного документа: 14.03.2019
30.03.2019
№219.016.fa07

Шахтная вентиляционная перемычка

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для временной изоляции горных выработок во время ведения очистных работ и в случае возникновения пожара в горных выработках. Шахтная вентиляционная перемычка включает основание перемычки, состоящее из лыжных салазок или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002683442
Дата охранного документа: 28.03.2019
12.04.2019
№219.017.0bea

Узел герметичного кабельного соединения скважинного оборудования системы управления буровым устройством

Изобретение относится к области бурения скважин и может быть использовано для коммутации электрических цепей скважинного оборудования при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин. Узел герметичного кабельного соединения скважинного оборудования системы управления буровым...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002684547
Дата охранного документа: 09.04.2019
17.04.2019
№219.017.1503

Способ контроля сопротивления защитного заземления калийных рудников

Использование: в области электротехники для контроля сопротивлений в сетях защитного заземления в специфических условиях калийных рудников, характеризующихся высоким сопротивлением горных пород и недопустимостью наличия грунтовых вод. Технический результат заключается в обеспечении возможности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002684775
Дата охранного документа: 15.04.2019
01.05.2019
№219.017.47e6

Способ плазменной обработки металлических изделий

Изобретение относится к области упрочняющей термической обработки, а именно плазменной термической и химико-термической обработки поверхностного слоя деталей. Плазменную обработку ведут рабочей плазменной дугой прямой полярности, горящей между плазмообразующим соплом - катодом и изделием -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686505
Дата охранного документа: 29.04.2019
09.05.2019
№219.017.4a40

Способ изготовления изделий из армированных термопластичных композитных материалов методом пропитки под давлением и установка для его осуществления

Группа изобретений относится к способу и установке для производства армированных композиционных изделий методом пропитки под давлением. Способ позволяет изготавливать изделия из композиционных материалов на основе термопластичных связующих. Данная технология может применяться при производстве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686934
Дата охранного документа: 06.05.2019
Показаны записи 1-8 из 8.
10.10.2013
№216.012.7205

Способ электронно-лучевой сварки

Способ электронно-лучевой сварки с контролем и управлением удельной мощности электронного луча непосредственно в процессе сварки может быть использован для изготовления сварных изделий из конструкционных материалов. Из спектра колебаний вторичного тока в диапазоне частот 5-125 кГц выделяют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494846
Дата охранного документа: 10.10.2013
10.06.2014
№216.012.d088

Способ оперативного контроля электронно-лучевой сварки

Изобретение относится к области электронно-лучевой сварки. Способ электронно-лучевой сварки осуществляется с оперативным контролем удельной мощности и степени фокусировки электронного луча, причем сварку проводят с осцилляцией электронного луча в частотном диапазоне от 300 до 2000 Гц по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519155
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.11.2014
№216.013.04cc

Способ электронно-лучевой сварки

Изобретение относится к способу электронно-лучевой сварки. Сварку осуществляют со сквозным проплавлением и регулированием мощности электронного пучка. В процессе сварки регистрируют частоту и продолжительность импульсов сквозного тока. Электронно-лучевую сварку проводят с осцилляцией...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532626
Дата охранного документа: 10.11.2014
10.11.2015
№216.013.8e03

Способ управления фокусировкой луча при электронно-лучевой сварке металлов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области электронно-лучевой сварки металлов. Осуществляют синфазную осцилляцию фокуса электронного луча и осцилляцию продольных отклонений луча в частотном диапазоне от 300 до 2000 Гц по синусоидальному или линейному закону. Одновременно измеряют сигнал вторичного тока в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002567962
Дата охранного документа: 10.11.2015
10.04.2016
№216.015.2e99

Устройство для определения распределения плотности энергии и контроля фокусировки электронного пучка

Изобретение относится к устройству для определения распределения плотности энергии для контроля фокусировки электронного пучка при электронно-лучевой сварке. Устройство содержит контроллер 1 и преобразователь 2 поперечного распределения энергии электронного пучка в аналоговый сигнал....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002580266
Дата охранного документа: 10.04.2016
01.05.2019
№219.017.47e6

Способ плазменной обработки металлических изделий

Изобретение относится к области упрочняющей термической обработки, а именно плазменной термической и химико-термической обработки поверхностного слоя деталей. Плазменную обработку ведут рабочей плазменной дугой прямой полярности, горящей между плазмообразующим соплом - катодом и изделием -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686505
Дата охранного документа: 29.04.2019
01.11.2019
№219.017.dbf7

Способ электронно-лучевой наплавки с контролем положения присадочной проволоки относительно электронного луча (варианты)

Изобретение относится к способу электронно-лучевой наплавки с оперативным контролем положения присадочной проволоки относительно электронного луча. Способ содержит этапы, на которых электронно-лучевую наплавку проводят с непрерывной осцилляцией электронного луча по траектории, имеющей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002704682
Дата охранного документа: 30.10.2019
21.05.2020
№220.018.1f8b

Способ контроля процесса лазерной обработки металла

Изобретение относится к способу обработки металлов лазерным лучом. Техническим результатом является повышение качества лазерной обработки, в частности качества формируемого изделия при лазерных аддитивных технологиях и качества сварных соединений, полученных при лазерной сварке с глубоким...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002721244
Дата охранного документа: 18.05.2020

Похожие РИД в системе