×
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 21-30 из 61.
15.08.2019
№219.017.bfa6

Способ нанесения пироуглеродного покрытия на литейные керамические формы

Изобретение относится к литейному производству, а именно к способам нанесения пироуглеродных покрытий на литейные керамические формы для литья преимущественно титановых и других химически активных сплавов. Способ нанесения пироуглеродного покрытия на литейные керамические формы включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697204
Дата охранного документа: 13.08.2019
16.08.2019
№219.017.c05d

Вспомогательный спортивный тренажер для облегчения выполнения упражнения по сгибанию и разгибанию рук из положения лежа на полу

Изобретение относится к области физической культуры, спортивной медицины и может быть использовано при подготовке к сдаче норм комплекса ГТО, в полиатлоне, в спортивных, учебных, оздоровительных учреждениях и проектах. Вспомогательный спортивный тренажер для облегчения выполнения упражнения по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697489
Дата охранного документа: 14.08.2019
16.08.2019
№219.017.c0cc

Асфальтобетон

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам и может быть использовано в дорожном и аэродромном строительстве в I-III климатических зонах, характеризующихся холодным и влажным климатом. Асфальтобетон содержит компоненты при следующем соотношении, мас. %: щебень фракции от 5 до 20 мм...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697468
Дата охранного документа: 14.08.2019
01.09.2019
№219.017.c520

Способ гибридной ультраструйно-эмиссионной диагностики качества конструкционных материалов

Использование: для гибридной ультраструйно-эмиссионной диагностики качества конструкционных материалов. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют воздействие на испытуемый образец струей жидкости под давлением 350…380 МПа при скорости 800…850 м/с, при этом на испытуемый образец...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002698485
Дата охранного документа: 28.08.2019
03.09.2019
№219.017.c6a1

Сенсорная система

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к сенсорным тактильным системам для измерения геометрических, трибологических и физико-механических характеристик поверхности тела по результатам измерения результирующих сил и моментов и может быть использовано в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002698958
Дата охранного документа: 02.09.2019
07.09.2019
№219.017.c866

Способ эксплуатации нефтяных наклонно-направленных скважин и скважин с боковыми стволами

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли и может быть использовано при добыче нефти из нефтяных наклонно-направленных скважин и скважин с боковыми стволами штанговыми насосными установками (ШСНУ), оборудованными канатными штангами. Для осуществления способа используют поверхностный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002699504
Дата охранного документа: 05.09.2019
02.10.2019
№219.017.cbd7

Лопасть воздушного винта с управляемой геометрией профиля

Изобретение относится к области авиации. Лопасть воздушного винта с управляемой геометрией профиля содержит аэродинамический профиль, имеющий переднюю часть и подвижный закрылок, соединенные между собой крепежным устройством. Подвижный закрылок состоит из несущего элемента, верхней и нижней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002701416
Дата охранного документа: 26.09.2019
17.10.2019
№219.017.d721

Способ повышения нефтеотдачи пластов и интенсификации добычи нефти и система для его осуществления

Изобретения относятся к нефтедобывающей промышленности, а именно к способам повышения нефтеотдачи пластов, интенсификации добычи нефти и стимуляции скважин посредством создания каналов в нефтяных пластах и устройствам для их осуществления. Техническим результатом является повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002703064
Дата охранного документа: 15.10.2019
24.10.2019
№219.017.da9c

Способ оценки модуля деформации грунта

Изобретение относится к области строительства и предназначено для оценки физико-механических характеристик грунтов оснований, обеспечивающих методы расчета оснований, фундаментов и подземных сооружений исходной информацией. Предлагается способ оценки модуля деформации грунта, при котором...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002704074
Дата охранного документа: 23.10.2019
30.10.2019
№219.017.dbcf

Способ формирования сжимающих остаточных напряжений при дробеструйной обработке деталей

Изобретение относится к формированию сжимающих остаточных напряжений при дробеструйной обработке. Осуществляют дробеструйную обработку поверхности контрольной пластины, изготовленной из материала обрабатываемой детали, и измеряют стрелу прогиба деформированной контрольной пластины. Давление...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002704341
Дата охранного документа: 28.10.2019
Показаны записи 11-12 из 12.
23.05.2023
№223.018.6c29

Способ формирования среды заданной температуры в рабочей камере 3d-принтера

Использование: для формирования среды с заданной температурой в рабочей зоне 3D-принтера. Сущность изобретения заключается в том, что равномерный тепловой поток формируется за счёт теплообмена между воздушной средой внутри рабочей зоны 3D-принтера и поверхностью источника тепла, а также за счёт...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002736449
Дата охранного документа: 17.11.2020
23.05.2023
№223.018.6c3f

Способ формования изделий, усиленных каркасом из непрерывного волокна

Изобретение относится к области литейного производства. Способ формования термопластичных изделий включает заданное расположение, плотность и ориентацию непрерывного волокна внутри отливки, при этом каркас из непрерывного волокна и преформа из термопластичного материала предварительно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002738650
Дата охранного документа: 15.12.2020
+ добавить свой РИД