Спосіб лазерного зварювання з широтно-імпульсною модуляцією випромінювання

Реферат: Винахід належить до способів лазерного зварювання виробів з металів і сплавів і може бути використаний у різних галузях техніки для одержання високоміцних герметичних зварних з'єднань металевих матеріалів. Запропонований спосіб лазерного зварювання металів полягає в тому, що локально плавлять метал в зоні зварювання імпульсами сфокусованого лазерного випромінювання, які модульовані імпульсами ультразвукової частоти. При цьому, для підвищення ефективності комбінованого лазерно-ультразвукового впливу на зварювальну ванну, імпульси лазерного випромінювання створюють методом широтно-імпульсної модуляції лазерного випромінювання із несучою частотою до 150 кГц і максимально допустимою амплітудою. Це сприяє утворенню в литому металі швів рівновісної дрібнозернистої структури. UA 109328 C2 (12) UA 109328 C2 UA 109328 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до способів лазерного зварювання виробів з металів і сплавів. Спосіб може бути використаний у різних галузях техніки для одержання високоміцних герметичних зварних з'єднань металевих матеріалів за допомогою лазерного випромінювання, модульованого широтно-імпульсним способом. Відомий спосіб лазерного зварювання, згідно з яким для більш ефективного використання енергії джерела живлення лазера, у разі його роботи в режимі генерації імпульсів, застосовують широтно-імпульсну модуляцію розрядного імпульсу [Получение импульсов лазерного излучения с изменяющейся во времени интенсивностью / Компания ООО "СТК-ВИКОМ" // Електронний ресурс. Режим доступу: http://www.ipower.ru/article/article3/index.html]. Такий підхід дозволяє змінювати інтенсивність лазерного випромінювання в часі, що призводить до зниження внутрішніх напружень і пористості зварного шву при лазерному зварюванні високовуглецевих сталей, відливок із пустотами і включеннями забруднюючих речовин, матеріалів з різною температурою плавлення. Недоліком відомого способу є те, що вплив на зварювальну ванну здійснюється лише за рахунок низькочастотного змінювання інтенсивності випромінювання згідно з формою лазерного імпульсу. Для усунення вказаного недоліку може використовуватися наступний спосіб лазерного зварювання [Гуреев Д.М. Влияние ультразвука на изменение структурно-напряженного состояния в ваннах лазерного расплава // Квантовая электроника, 24, № 4, 1997. - С. 338-340]. Згідно з даним способом у ванну лазерного розплаву додатково вводяться ультразвукові коливання із додаткового джерела ультразвукового коливання. Це сприяє більш повним структурно-фазовим перетворенням, що, в свою чергу, забезпечує зварювання без тріщиноутворення. Недоліком відомого способу є складна реалізація, яка пов'язана із необхідністю додаткового джерела ультразвукових коливань, а також складністю введення цих коливань у ванну лазерного розплаву. Найбільш близьким за технічною суттю (прототип) до описуваної корисної моделі є спосіб лазерного зварювання металів, що включає дію лазерного випромінювання із імпульсом складної форми на поверхню металу, що зварюють [Патент України № 68159: Спосіб лазерного зварювання. Авторы: Шелягін В.Д., Лукашенко А.Г., Лукашенко Д.А., Хаскін В.Ю., Сіора О.В., Бернацький А.В., Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України; МПК (2012.01) В23К 26/00; 12.03.2012.]. Для цього автори даного способу пропонують локально плавити метал в зоні зварювання імпульсами складної форми сфокусованого лазерного випромінювання, які мають крутий передній фронт і плавно спадаючий задній фронт. При цьому задній фронт імпульсів містить дві похилі ділянки, верхня з яких забезпечує плавлення металу, що зварюють, без інтенсивного випаровування, а нижня забезпечує утворення дрібнозернистої структури зварного шва за рахунок створення умови зародження максимальної кількості центрів кристалізації та мінімізації лінійної швидкості росту кристалів для металу, що зварюють, причому нижня ділянка модульована частотою ультразвукового діапазону з амплітудою, що забезпечує потрібний нахил ділянки і коливання зварювальної ванни. Введення ультразвукових коливань відбувається без використання додаткового джерела коливань. Недоліком описаного способу є низька ефективність введення ультразвукових коливань за рахунок того, що для забезпечення потрібного нахилу нижній ділянки було використано амплітудна частотна модуляція, для чого необхідно обмежувати амплітуду ультразвукових коливань, що суттєво зменшує ефект впливу їх на розплав. Задача способу полягає у підвищенні ефективності введення ультразвукових коливань у розплав зварювальної ванни, за рахунок збільшення амплітуди імпульсів ультразвукової частоти, що сприяє підвищенню пластичності та міцності зварного з'єднання. Поставлена задача створення способу лазерного зварювання з широтно-імпульсною модуляцією випромінювання вирішується за рахунок локального плавлення металу в зоні зварювання імпульсами сфокусованого лазерного випромінювання, причому для ефективного комплексного лазерно-ультразвукового впливу на зварювальну ванну шва імпульси формують методом широтно-імпульсної модуляції лазерного випромінювання з імпульсами, які слідують із несучою частотою до 150 кГц, і мають максимально допустиму амплітуду. Це сприяє утворенню в литому металі швів рівновісної дрібнозернистої структури. Суть способу зварювання пояснюється кресленнями фіг. 1 і фіг. 2. Допустимо, що необхідно сформувати лазерне випромінювання синусоїдальної форми 1 (фіг. 1). Тоді, для отримання потрібного сигналу на виході синусоїдальний сигнал 1 порівнюється із пилкоподібним сигналом 2 ультразвукової частоти. Результатом порівняння є 1 UA 109328 C2 5 широтно-модульований сигнал 3 максимально допустимої амплітуди із частотою ультразвукового діапазону. Аналогічним чином формуються сигнали довільної форми. Приклад результату застосування запропонованого способу лазерного зварювання з широтно-імпульсною модуляцією випромінювання наведено на фіг. 2. На ньому показано мікроструктуру шва, виконаного неперервним (а) і імпульсним (б) випромінюванням (частота 45 кГц) у разі зварювання аустенітної нержавіючої сталі типу 08 × 18Н10Т потужністю порядку 60 Вт. Імпульси були сформовані згідно з запропонованим способом. Як видно з цих прикладів, широтно-імпульсна модуляція випромінювання дозволяє отримувати значно більш дрібнозернисту структуру металу шву. 10 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 Спосіб лазерного зварювання металів, в якому локально плавлять метал в зоні зварювання імпульсами сфокусованого лазерного випромінювання, які модульовані імпульсами ультразвукової частоти, який відрізняється тим, що імпульси лазерного випромінювання створюють методом широтно-імпульсної модуляції лазерного випромінювання з несучою частотою до 150 кГц і максимально допустимою амплітудою. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2