книги / Производство сварных конструкций (Изготовление в заводских условиях)

среза, действующая на них невелика. Вместе с тем, необходимо принимать во внимание вибрационные нагрузки, которые вслед­ ствие высокой концентрации напряжений в районе соединения могут вызвать их разрушение. В таких случаях рекомендуется выполнять комбинированное соединение и лазерные швы до­ полнять заклепочным соединением.

Пример комбинированного соединения приведен на рис.9.11.

О	О		о)	о
1. Лазегрная вырезка		- -
отверстия под заклепку		2. Постановка заклепок	3. Точечная лазерная сварка

Рис. 9.11. Пример последовательности выполнения комбиниро­ ванного соединения.

Следует обратить внимание, что благодаря большой гибкости технологии лазерной сварки сварные прерывистые швы могут иметь практически любую конфигурацию. В частном примере они имеют форму кругового кольца, что увеличивает их проч­ ность на срез. В зависимости от направления действующей на­ грузки шов может иметь вытянутую форму.

Такие соединения имеют преимущества перед швами, вы­ полненными контактной сваркой, не только по производитель­ ности, но и по прочности.

При обосновании выбора лазерной сварки для изготовления сварных конструкций в машиностроении необходимо учитывать следующие преимущества способа сварки с глубоким проплав­ лением:

• Высокая производительность сварки при хорошем каче­ стве сварных соединений;

•Возможность сварки деталей относительно большой толщины за один проход без разделки кромок;

•Низкая погонная энергия, но высокая концентрация вво­ димой энергии обеспечивает сочетание глубокого проплавления

инизкий уровень остаточных деформаций;

•Отсутствие механического воздействия оборудования и процесса сварки на свариваемые детали;

2 9 4

•Широкие возможности соединения разнообразных кон­ струкционных материалов;

•Отсутствие расходов на присадочные материалы при сварке достаточно толстостенных конструкций;

•Как правило, не требуется обработка сварного соедине­ ния после сварки.

Таким образом, лазерная сварка имеет преимущество в тех областях, где ограничен доступ к соединению, где скорость сварки является критическим параметром с точки зрения произ­ водительности и где тепловложение должно быть сведено к ми­ нимуму и точно регулироваться для предотвращения появления больших сварочных деформаций.

Вместе с этим существуют определенные трудности в прак­ тическом применении лазерной сварки при изготовлении круп­ ногабаритных конструкций, которые необходимо учитывать при обосновании выбора технологии сварки. К ним относятся сле­ дующие:

• Так как при лазерной сварке расплавляется малый объем металла, а сварку производят без присадочной проволоки, этот способ критичен к величине зазора между свариваемыми кром­ ками. Зазор не должен превышать 0,1...0,2мм. Для качественно­ го формирования шва необходимо предъявлять высокие требо­ вания к качеству подготовки кромок и сборке под сварку.

•Низкий электрический КПД установок для лазерной

сварке, например, для С02 лазеров - 2 %; для твердотельных Nd:YAG лазеров - 10 %; для полупроводниковых несколько выше. Следует отметить хорошую перспективу развития лазер­ ной техники. В последние года появились индустриальные лазе­ ры с высоким КПД, достигающим 25% мощностью до 10, а в перспективе до 25кВт.

• В результате сварки толстостенных конструкций на ма­ лой погонной энергии в некоторых случаях могут появиться проблемы. Связанные с высокой скоростью охлаждения сварно­ го шва, например, при сварке закаливающихся сталей возможно образование трещин. Вместе с тем высокая скорость кристалли­

2 9 5

зации металла шва способствует образованию мелкой структу­ ры, что способствует повышению пластичности металла шва.

•Высокая стоимость оборудования и его эксплуатации.

Из названных проблем наиболее серьезной следует считать первую.

При изготовлении крупногабаритных конструкций обеспе­ чить требуемую точность изготовления заготовок и их сборки либо невозможно, либо экономически невыгодно.

Очевидно, что выходом из этого положения может быть до­ бавление в сварочную ванну присадочной проволоки, как это де­ лают при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом, но эксперименты показали, что на расплавление присадочной прово­ локи требуется слишком много тепла и нормальное течение про­ цесса лазерной сварки с глубоким проплавлением нарушается.

В связи с этим развития технологий лазерной сварки пошло по пути совмещения процессов сварки плавлением разного вида, например, лазерная + дуговая, лазерная + плазменная. Такое со­ вмещение процессов получило название «гибридной сварки».

При лазерной гибридной сварке два источника тепла: лазер­ ный луч и дуга, обычно используют дуговую сварку плавящим­ ся электродом в инертных или активных газах (MIG/MAG), од­ новременно воздействуют на одну сварочную ванну (рис. 9.12).

При комбинировании процессов можно получить ряд пре­ имуществ как по отношению к одному процессу, так и по отно­ шению к другому: быстродействие, глубокое проплавление, возможность выполнения однопроходной сварки при толщине металла и скорости сварки, значительно превышающих возмож­ ности дуговых методов сварки (рис.9.13) и, что особенно важно, гибридный процесс допускает сборку деталей со значительно большим, до 1,5 мм, зазором.

Приведенное на рис.9.14 сопоставление технологических ха­ рактеристик трех способов сварки показывает, что гибридная сварка по многим показателям превосходит дуговую сварку в защитных газах и в ряде случаев улучшает характеристики «чистой» лазерной сварки, что обеспечивает преимущество гиб­ ридной сварки в тех сферах, где высокий ввод тепла может при­ вести к деформации или неблагоприятному изменению микро­

2 9 6

Лазерная гибридная сварка находит применение там, где не­ обходимо получить плоскостность и отсутствие искривления осей сварной конструкции без применения операций правки, например, крановые и мостовые конструкции.

Низкое тепловложение, характерное для гибридной сварки, может быть привлекательным при изготовлении конструкций из материалов, чувствительных к нагреву, для сохранения микро­ структуры. Дуплексные коррозионностойкие и высокопрочные стали, титановые и алюминиевые сплавы - подходящие при­ кладные области для лазерной гибридной сварки.

При использовании только процесса лазерной сварки высо­ кие скорости охлаждения обычно приводят к растрескиванию глубоких и узких сварных швов, что не допускает использова­ ние этого процесса для сварки некоторых конструкционных ма­ териалов. Гибридная лазерная сварка позволяет предотвратить растрескивание путем легирования сварного шва через приса­ дочный материал.

Существенным достоинством гибридной сварки является то, что при правильно выбранных параметрах MIG/MAG сварки форма валика шва получается гладкой, с плавным переходом к основному металлу. Это одно из основных условий качества сварного соединения в областях, где важно обеспечить устало­ стную прочность при проектировании и продлении срока служ­ бы конструкций.

Гибридная сварка может выполняться во всех пространст­ венных положениях, но формирование шва при сварке в нижнем положении дает лучшие результаты.

Для сварки длинных швов или швов сложной конфигурации рекомендуется использовать на горелке интегрированные сле­ дящие системы. Это гарантирует правильное расположение сва­ рочной ванны при лазерной гибридной сварке и способствует оптимизации условий сварки. Это также очень важный фактор при подготовке соединения. Больший допуск экономически вы­ годен при подготовке соединения под сварку. При использова­ нии следящей системы кислородная или плазменная резка могут быть альтернативой механической обработке при подготовке деталей к сварке.

Пример сварочной головки, оснащенной следящей системой представлен на рис. 9.15.

2 9 9