Разработка способа непрерывной лазерной сварки металлов толщиной до 5 мм и изучение влияния технологических факторов на качество сварных соединений

• Автор: Иванов, Юрий Николаевич
• Шифр специальности: 05.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 328 c. : ил

АННОТАЦИЯ
Разработан, исследован и опробован в лабораторных условиях способ непрерывной лазерной сварки изделий средних толщин,отличающийся высокой производительностью и эффективностью использования энергии лазерного луча. Экспериментально определены основные теплофизические показатели способа; с помощью ЭВМ проанализированы тепловые процессы в высокотемпературных областях тонких пластин, проплавляемых быстродвижущимся лазерным лучом; исследованы механические свойства получаемых соединений.
Определена область оптимальных режимов лазерной сварки для стыковых, кольцевых и замковых соединений из высокопрочных сложнолегированных сталей и титановых сплавов толщиной 2...5 мм, позволяющая повысить их технологическую и эксплуатационную прочность и существенно снизить уровень остаточных деформаций по сравнению с традиционными способами сварки плавлением.
Разработаны практические рекомендации по организации типового технологического процесса ЛС тонколистовых соединений в условиях опытно-промышленного производства.

Предисловие
Глава I. Лазерная сварка конструкционных сталей и сплавов - современный способ обработки материалов.

1.1. Введение

1.2. Передача энергии излучения обрабатываемым материалам

1.3. Упрощенная тепловая модель процессов лазерной технологической обработки

1.4. Мощные непрерывные лазеры и технологические сварочные установки на их основе

1.5. Современное состояние проблемы лазерной
сварки металлов средней толщины
Глава 2. Цели и задачи работы.
2.1. В в е д е н и е
2.2. Экспериментальное исследование теплофизических показателей способа непрерывной лазерной сварки
2.3. Численное моделирование тепловых процессов
при ЛС
2.4. Количественное определение прочностных характеристик стыковых соединений, выполненных методом ЛС
2.5. Исследование особенностей напряженного состояния в сварных соединениях, выполненных методом

2.6. Практическая проверка выводов и рекомендаций по эффективному применению исследованных способов ЛС
Глава 3. Оборудование и приборы для исследований.
3.1. Технологическая лазерная установка ЛИ
на базе мощного непрерывного СС^-лазера
3.2. Специализированный стенд для исследования
и разработки процессов и технологии различных способов ЛС
Глава 4. Тепловые процессы при лазерной сварке.
4.1. Исследование теплофизических особенностей способа непрерывной сварки металлов излучением мощного СС^-лазера.
4.1.1. Введение
4.1.2. Методика исследований
4.1.3. Обсуждение результатов экспериментов
4.2. Моделирование тепловых процессов при ЛС с помощью численных методов
4.2.1. Состояние вопроса
4.2.2. Постановка краевой задачи теплопроводности применительно к процессу ЛС тонкой пластины
4.2.3. Практическое использование метода машинного моделирования по МКР для изучения процессов теплопереноса при ЛС
4.2.4. Унификация используемой вычислительной
программы
Глава 5. Исследование свойств сварных соединений, выполненных мощным лазерным лучом
5.1. Технологическая прочность конструкционных

лением на лазерную сварку с помощью установки " Сокетепк" стоимостью 60.000 ф.ст. обеспечивает экономию в 30.000 ф.ст./год на материалах и свыше 35.000 ф.ст./год - на стоимости обработки [163]; таким образом, внедрение ПЛТУ окупается менее чем за год, тогда как расчетный срок эксплуатации данной модели составляет не менее 10 лет при эффективности использования 95% [164]
Эксперты в области технологического прогнозирования полагают, что в предстоящем десятилетии широкое применение мощных лазеров совместно с ЭВМ существенно повысит эффективность основных видов металлообработки [бв] ; в частности, специалисты из Общества промышленных инженеров (£ИЕ, США), считают, что к середине 80-х гг. по крайней мере четвертая часть машиностроительных компаний будет использовать лазеры для сварки либо резки материалов [158]
Таким образом, в современном машиностроении создан и успешно развивается новый класс высокоинтенсивных источников энергии, позволяющих осуществлять экономически выгодную обработку материалов -в том числе лазерную сварку - в промышленных масштабах.
1.5. Современное состояние проблемы лазерной сварки металлов средней толщины
1.5.1. Характерные параметры и особенности способов ЛС
Последовательное увеличение единичной мощности большинства технологических лазерных систем [22,97] позволило,с одной стороны, расширить диапазон толщин,доступных для "кинжальной" сварки,а с другой - повысить скорость обработки,при которой еще возможно глубокое проплавление материалов заданной толщины. Если в 1970...74 гг. характерный уровень мощности компактных цеховых лазеров не превышал 250...400 Вт [Х06,13б] то к началу 80-х гг.он составлял уже
2,.,5 кВт в серийных МТУ [48,74,163] и 8...20 кВт - в лабораторных установках [152,89,57] , в результате чего существенно расши-