Экспериментальный комплекс для исследования процессов импульсной лазерно-микроплазменной сварки
Создан экспериментальный комплекс для изучения процессов импульсной гибридной (лазерно-микроплазменной) сварки и обработки материалов с использованием излучения импульсно-периодического Nd:YAG-лазера с широким диапазоном регулирования параметров импульса и импульсной малоамперной дуги, объединяемых...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2008 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99980 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Экспериментальный комплекс для исследования процессов импульсной лазерно-микроплазменной сварки / В.В. Кириченко, Н.А. Грязное, И.В. Кривцун // Автоматическая сварка. — 2008. — № 8 (664). — С. 34-39. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99980 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Кириченко, В.В. Грязное, Н.А. Кривцун, И.В. 2016-05-14T17:19:04Z 2016-05-14T17:19:04Z 2008 Экспериментальный комплекс для исследования процессов импульсной лазерно-микроплазменной сварки / В.В. Кириченко, Н.А. Грязное, И.В. Кривцун // Автоматическая сварка. — 2008. — № 8 (664). — С. 34-39. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99980 621.791.947.2:621.375.826 Создан экспериментальный комплекс для изучения процессов импульсной гибридной (лазерно-микроплазменной) сварки и обработки материалов с использованием излучения импульсно-периодического Nd:YAG-лазера с широким диапазоном регулирования параметров импульса и импульсной малоамперной дуги, объединяемых при помощи интегрированного плазмотрона. Предложенные алгоритмы пространственной и временной синхронизации двух импульсных источников энергии для комбинированного воздействия на материалы дают возможность исследовать процессы лазерно-микроплазменной сварки стали для автомобилестроения, обработки алюминиевых сплавов и спекания наноматериалов. An experimental set up was developed to study the processes of pulsed hybrid (laser-microplasma) welding and treatment of materials using the radiation of pulsed-periodic Nd:YAG-laser with a wide range of adjustment of parameters of the pulse and pulsed low-ampere arc, combined by means of an integrated plasmatron. The proposed algorithms of spatial and time synchronization of two pulsed energy sources for a combined impact on materials enable studying the processes of laser-microplasma welding of steel for car construction, treatment of aluminium alloys and sintering of nanomaterials. По материалам международной конференции «Laser technologies in welding and materials processing», 29 May–1 June, 2007, vil. Katsieveli, Crimea, Ukraine. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Экспериментальный комплекс для исследования процессов импульсной лазерно-микроплазменной сварки Experimental facility for research on pulsed laser-microplasma welding Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Экспериментальный комплекс для исследования процессов импульсной лазерно-микроплазменной сварки |
| spellingShingle |
Экспериментальный комплекс для исследования процессов импульсной лазерно-микроплазменной сварки Кириченко, В.В. Грязное, Н.А. Кривцун, И.В. Производственный раздел |
| title_short |
Экспериментальный комплекс для исследования процессов импульсной лазерно-микроплазменной сварки |
| title_full |
Экспериментальный комплекс для исследования процессов импульсной лазерно-микроплазменной сварки |
| title_fullStr |
Экспериментальный комплекс для исследования процессов импульсной лазерно-микроплазменной сварки |
| title_full_unstemmed |
Экспериментальный комплекс для исследования процессов импульсной лазерно-микроплазменной сварки |
| title_sort |
экспериментальный комплекс для исследования процессов импульсной лазерно-микроплазменной сварки |
| author |
Кириченко, В.В. Грязное, Н.А. Кривцун, И.В. |
| author_facet |
Кириченко, В.В. Грязное, Н.А. Кривцун, И.В. |
| topic |
Производственный раздел |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| publishDate |
2008 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Experimental facility for research on pulsed laser-microplasma welding |
| description |
Создан экспериментальный комплекс для изучения процессов импульсной гибридной (лазерно-микроплазменной) сварки и обработки материалов с использованием излучения импульсно-периодического Nd:YAG-лазера с широким диапазоном регулирования параметров импульса и импульсной малоамперной дуги, объединяемых при помощи интегрированного плазмотрона. Предложенные алгоритмы пространственной и временной синхронизации двух импульсных источников энергии для комбинированного воздействия на материалы дают возможность исследовать процессы лазерно-микроплазменной сварки стали для автомобилестроения, обработки алюминиевых сплавов и спекания наноматериалов.
An experimental set up was developed to study the processes of pulsed hybrid (laser-microplasma) welding and treatment
of materials using the radiation of pulsed-periodic Nd:YAG-laser with a wide range of adjustment of parameters of the
pulse and pulsed low-ampere arc, combined by means of an integrated plasmatron. The proposed algorithms of spatial and
time synchronization of two pulsed energy sources for a combined impact on materials enable studying the processes of
laser-microplasma welding of steel for car construction, treatment of aluminium alloys and sintering of nanomaterials.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99980 |
| citation_txt |
Экспериментальный комплекс для исследования процессов импульсной лазерно-микроплазменной сварки / В.В. Кириченко, Н.А. Грязное, И.В. Кривцун // Автоматическая сварка. — 2008. — № 8 (664). — С. 34-39. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT kiričenkovv éksperimentalʹnyikompleksdlâissledovaniâprocessovimpulʹsnoilazernomikroplazmennoisvarki AT grâznoena éksperimentalʹnyikompleksdlâissledovaniâprocessovimpulʹsnoilazernomikroplazmennoisvarki AT krivcuniv éksperimentalʹnyikompleksdlâissledovaniâprocessovimpulʹsnoilazernomikroplazmennoisvarki AT kiričenkovv experimentalfacilityforresearchonpulsedlasermicroplasmawelding AT grâznoena experimentalfacilityforresearchonpulsedlasermicroplasmawelding AT krivcuniv experimentalfacilityforresearchonpulsedlasermicroplasmawelding |
| first_indexed |
2025-11-27T04:13:35Z |
| last_indexed |
2025-11-27T04:13:35Z |
| _version_ |
1850799388476047360 |
| fulltext |
УДК 621.791.947.2:621.375.826
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС
ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ИМПУЛЬСНОЙ
ЛАЗЕРНО-МИКРОПЛАЗМЕННОЙ СВАРКИ*
В. В. КИРИЧЕНКО, канд. техн. наук, Н. А. ГРЯЗНОВ, канд. физ.-мат. наук
(ЦНИИ робототехники и технической кибернетики, С.-Петербург, РФ),
чл.-кор. НАН Украины И. В. КРИВЦУН (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Создан экспериментальный комплекс для изучения процессов импульсной гибридной (лазерно-микроплазменной)
сварки и обработки материалов с использованием излучения импульсно-периодического Nd:YAG-лазера с широким
диапазоном регулирования параметров импульса и импульсной малоамперной дуги, объединяемых при помощи
интегрированного плазмотрона. Предложенные алгоритмы пространственной и временной синхронизации двух
импульсных источников энергии для комбинированного воздействия на материалы дают возможность исследовать
процессы лазерно-микроплазменной сварки стали для автомобилестроения, обработки алюминиевых сплавов и спе-
кания наноматериалов.
К л ю ч е в ы е с л о в а : гибридная сварка, микроплазменная
дуга, лазерное излучение, импульс, экспериментальный
комплекс, ток дуги, форма проплавления
Производственные возможности современной
промышленности в значительной степени зависят
от развития технологий обработки материалов.
Трудно переоценить важность создания и разви-
тия процессов сварки, резки и различных спосо-
бов поверхностной обработки, основанных на
применении дугового разряда как самого деше-
вого и доступного источника тепловой энергии.
В настоящее время совершенствование дуговых
и плазменных технологий требует высокой кон-
центрации энергии в электродуговой плазме и ста-
билизации разряда при одновременном увели-
чении производительности технологического
процесса. Альтернативный путь, широко приме-
няемый в промышленности, основан на исполь-
зовании лазерного излучения как единственного
теплового источника, так и совместно с другими
традиционными источниками термического воз-
действия, включая дуговой разряд, ВЧ электро-
магнитные поля или световое излучение. Благо-
даря высокой концентрации энергии в фокусе
пучка и хорошей управляемости лазер способен
обеспечить глубокое проплавление металла, точ-
ность и стабильность при формировании сварного
шва или реза.
Несмотря на очевидные преимущества, воз-
можности лазера как теплового источника для не-
которых областей применения значительно огра-
ничены. Прежде всего это происходит из-за низ-
кой эффективности нагрева металлов лазерным
излучением, связанной с высокой отражательной
способностью металлической поверхности при
длинах волн, типичных для большинства техно-
логических лазеров. Другой фактор, снижающий
эффективность применения лазеров, связан с по-
явлением плазмы лазерного факела над рабочей
поверхностью, которая поглощает излучение и
тем самым уменьшает энергию, вкладываемую в
зону обработки.
Один из подходов к решению упомянутых
проблем базируется на использовании гибридных
лазерно-дуговых и лазерно-плазменных процес-
сов, сущность которых состоит в совместном воз-
действии на обрабатываемый объект лазерным из-
лучением и электрической, в том числе сжатой
(плазменной) дугой [1–5]. При практической ре-
ализации таких процессов оба тепловых источ-
ника действуют на металлическую поверхность
в общей зоне обработки. Нагрев металла элект-
рической дугой приводит к повышению его тем-
пературы и в результате к увеличению доли пог-
лощаемой энергии лазерного излучения. В свою
очередь, компактное фокальное пятно лазерного
пучка создает над металлической поверхностью
ограниченную зону с увеличенной концентрацией
свободных электронов, которая приводит к по-
вышению плотности тока в дуговом разряде и
локализации его энерговклада. Другими словами,
применение двух источников различной физичес-
кой природы способно привести к возникновению
положительного синергетического эффекта, кото-
рый проявляется в повышении эффективности
теплового воздействия как лазерного излучения,
так и дуговой плазмы [6, 7].
© В. В. Кириченко, Н. А. Грязнов, И. В. Кривцун, 2008
* По материалам международной конференции «Laser
technologies in welding and materials processing», 29 May–
1 June, 2007, vil. Katsieveli, Crimea, Ukraine.
34 8/2008
С целью изучения процессов импульсной ла-
зерно-микроплазменной обработки материалов
ЦНИИ робототехники и технической кибернетики
совместно с ИЭС им. Е. О. Патона был разработан
и изготовлен экспериментальный комплекс, вклю-
чающий импульсно-периодический Nd:YAG-ла-
зер с управляемой формой импульса, источник
питания импульсной микроплазменной дуги и
специальный плазмотрон прямого действия, ко-
торый обеспечивает коаксиальное совмещение ла-
зерного пучка и дуги. Комплекс был создан для
решения следующих задач:
– оценки потенциального синергетического
эффекта двух источников импульсного теплового
воздействия на металлы при изменении времени
задержки между импульсами лазерного излучения
и тока дуги;
– предварительных исследований влияния
пространственных и временных параметров ла-
зерного излучения, а также точности совмещения
зон воздействия на эффективность обработки;
– выработки технических требований к им-
пульсному гибридному тепловому источнику;
– разработки функциональной схемы и струк-
туры оборудования для импульсной лазерно-мик-
роплазменной сварки и обработки материалов;
– прикладных технологических исследований
гибридной сварки для уточнения функциональной
структуры и параметров комплекса оборудования;
– формирования технических требований к
подсистемам комплекса;
– исследования технологических возможнос-
тей оборудования для импульсной гибридной
сварки и обработки материалов;
– практического применения импульсных гиб-
ридных процессов и разработанного оборудова-
ния.
Априори целесообразность работ вызвана тем,
что cовместное воздействие на металлы двух раз-
личных импульсных источников тепла малой и
средней мощности может привести к увеличению
эффективности использования энергии как лазер-
ного, так и дугового источников; максимальная
глубина проплавления, определяющая толщину
свариваемого металла при гибридной сварке, мо-
жет быть более чем в полтора раза выше по срав-
нению с микроплазменной сваркой при практи-
чески удвоенной производительности процесса.
Создание маломощного технологического обо-
рудования для импульсной лазерно-микроплаз-
менной обработки материалов обеспечивает ши-
рокие возможности варьирования параметров
процесса для формирования заданных свойств
сварных соединений.
Технические параметры и схема экспери-
ментального комплекса. В качестве лазерной
составляющей комплекса оборудования для им-
пульсной гибридной сварки и обработки матери-
алов была выбрана технологическая лазерная ус-
тановка, предназначенная для резки металлов и
глубокой гравировки. Основные параметры лазер-
ного излучателя следующие: тип лазера Nd:YAG;
импульсный режим работы; программируемая
форма импульса; рабочая частота ≤ 100 Гц; сред-
няя мощность 120 Вт; энергия в импульсе (при
средней мощности 120 Вт) — до 3 Дж.
В качестве устройства, обеспечивающего сов-
мещение сфокусированного лазерного пучка и ма-
лоамперной сжатой дуги, использовали интегри-
рованный плазмотрон прямого действия, разра-
ботанный в ИЭС им. Е.О. Патона [8]. Схема плаз-
мотрона приведена на рис. 1. Данный плазмотрон
Рис. 1. Схема интегрированного плазмотрона: 1 — фокусиру-
ющая система; 2 — стыковочно-юстировочный узел; 3 —
отверстия для ввода плазмообразующего газа; 4 — цанга;
5 — корпус катодного узла; 6 — изолятор; 7 — корпус плаз-
мотрона; 8 — рассекатель газа; 9 — сопло для подачи защит-
ного газа; 10 — термокатод; 11 — пористая набивка; 12 —
плазмоформирующее сопло
Рис. 2. Функциональная схема экспериментального комплек-
са (обозначения см. в тексте)
8/2008 35
вместе с источником питания установки МПУ-4,
который был модифицирован для работы в сос-
таве комплекса, обеспечивает несколько режимов
горения микроплазменной дуги, включая непре-
рывный и импульсно-периодический с прямой и
обратной полярностью импульсов тока при сред-
ней мощности дуги до 600 Вт. Сменное плазмо-
формирующее сопло 12 из меди с каналом диа-
метром 1 или 1,5 мм предназначено для ограни-
чения поперечных размеров и пространственной
стабилизации столба дуги.
На рис. 2 представлена функциональная схема
экспериментального комплекса. Лазерная состав-
ляющая комплекса состоит из генератора лазер-
ного излучения 1, системы транспортировки и фо-
кусировки излучения 2 и блока управления из-
лучением лазера 4. Дуговая составляющая ком-
плекса состоит из интегрированного плазмотрона
5, источника питания микроплазменной дуги 7
и системы подачи газа 3. Интегрированный плаз-
мотрон установлен на системе фокусировки ла-
зерного излучения, что обеспечивает соосность
лазерного пучка и дуги. Система управления 10
и система синхронизации импульсов 9 обеспечи-
вают синхронизацию лазерного импульса с им-
пульсом тока дуги и движение двухкоординатного
стола 8 для реализации процесса гибридной об-
работки образца 6. Внешний вид эксперименталь-
ного комплекса представлен на рис. 3, а различные
режимы его работы — на рис. 4.
Рис. 5 иллюстрирует лицевую поверхность
наплавочных швов, полученных на образцах из
нержавеющей стали при дуговом и гибридном ла-
зерно-дуговом воздействии. Параметры режимов
горения микроплазменной дуги прямой полярнос-
ти, соответствующие этим фотографиям, приве-
дены в табл. 1. Движение стола осуществлялось
справа налево, и, как видно из рис. 5, дополни-
тельное использование импульсов лазерного из-
лучения приводит к контрагированию анодного
пятна дуги и заметному уменьшению ширины
шва.
Результаты предварительных эксперименталь-
ных исследований показали заметное улучшение
Рис. 3. Внешний вид экспериментального комплекса для ис-
следования импульсных гибридных процессов
Рис. 4. Экспериментальный комплекс в работе
Рис. 5. Наплавочные швы при микроплазменной и гибридной
лазерно-микроплазменной сварке нержавеющей стали тол-
щиной 1 мм (средняя мощность лазерного излучения
35…40 Вт)
36 8/2008
качества гибридной сварки (уменьшение ширины
шва и увеличение глубины проплавления) по
сравнению с микроплазменной, даже когда часть
мощности, вносимой лазерным излучением, сос-
тавляет лишь 10…15 % суммарной мощности ис-
пользуемых источников.
Чтобы проанализировать механизм этого яв-
ления, выполнили ряд экспериментов. Прежде
всего электрические измерения показали некото-
рое уменьшение напряжения на дуге при вклю-
чении лазерного излучения (рис. 6). Это можно
рассматривать как косвенное качественное дока-
зательство увеличения эффективности разряда
при одновременном использовании обоих источ-
ников. Подобный эффект теоретически описан в
работе [9].
Измерение сопротивления разрядного проме-
жутка под воздействием импульса лазерного из-
лучения было произведено с низким (5 В) нап-
ряжением источника питания и ограничивающим
шунтом 1000 Ом для предотвращения иницииро-
вания дугового разряда (рис. 7). Необходимо от-
метить, что сопротивление промежутка во время
лазерного импульса еще ниже, чем сопротивление
шунта (напряжение на промежутке ниже 2 В),
т. е. электронная концентрация в лазерном факеле
выше, чем в дуговом разряде.
Эффекты взаимодействия лазерного излучения
и микроплазменной дуги прямой полярности при
сварке алюминия еще более примечательны, пос-
кольку имеющаяся на поверхности металла ок-
сидная пленка ухудшает стабилизацию анодного
пятна дуги. Лазерная энергия в данном случае
может использоваться для удаления этой пленки
в зоне фокального пятна. На рис. 8 представлены
результаты экспериментов для алюминиевых об-
разцов при воздействии импульсной микроплаз-
менной дуги и при гибридном лазерно-дуговом
воздействии. Параметры лазерного импульса в
рассматриваемых экспериментах приведены в
табл. 2.
Варьирование лазерной мощности позволяет
экспериментально определить пороговую интен-
сивность лазерного излучения, требуемую для
удаления оксидной пленки. При превышении
этого значения исчезают флуктуации положения
анодного пятна, типичные для дуги прямой по-
лярности, и происходит его привязка к фокаль-
ному пятну, что отчетливо видно на рис. 8, г.
Предыдущее изображение (рис. 8, в) соответству-
ет пороговому значению интенсивности лазерного
излучения и дает в соответствии с табл. 2 экс-
Рис. 6. Напряжение на дуге при микроплазменной (штрихо-
вая) и лазерно-микроплазменной (сплошная кривая) сварке
Рис. 7. Схема (а) и результат (б) измерения сопротивления разрядного промежутка в присутствии лазерной плазмы
Т а б л и ц а 2. Параметры режимов работы лазерного
излучателя (частота 70 Гц, длительность импульса 1 мс)
в экспериментах, результаты которых представлены на
рис. 8
№
образ-
ца
Ток, А Средняя мощ-
ность, Вт
Мощность им-
пульса, Вт
Интенсив-
ность,
10–6 Вт/см2
1 100 61 870 5,0
2 150 72 1000 5,8
3 200 80 1150 6,5
4 250 87 1250 7,0
Та б л и ц а 1. Параметры режима горения микроплаз-
менной дуги для швов, представленных на рис. 5
Способ сварки Ток ду-
ги, А
Дли-
тель-
ность
импуль-
са, мс
Дли-
тель-
ность
паузы,
мс
Частота
повторе-
ния, Гц
Ско-
рость
сварки,
м/мин
Импульсный
18 10 7 60
0,18
0,12
Непрерывный 16 — — — 0,3
8/2008 37
периментальное значение интенсивности, необхо-
димое для удаления поверхностной пленки, рав-
ное 6,5⋅106 Вт/см2. Анализ механизма разрушения
пленки показал, что возможны два варианта: пер-
вый связан непосредственно с поглощением в
пленке и ее дальнейшим испарением, в то время
как второй обусловлен поглощением в металле
(рис. 9). Чтобы оценить температуру алюминие-
вой поверхности, необходимо решить задачу теп-
лопроводности. В нашем случае можно пренеб-
речь теплопроводностью в боковых направлени-
ях, таким образом, температура поверхности при
прямоугольной форме лазерного импульса может
быть определена по следующей формуле [10]:
T = ηI √⎯⎯⎯⎯⎯χt ⁄ π
λ
,
(1)
где η — коэффициент поглощения лазерного из-
лучения поверхностью алюминия; I — плотность
мощности лазерного излучения; χ — температу-
ропроводность; t — время действия (длительность
импульса); λ — теплопроводность алюминия.
Исходя из гипотезы, что вся энергия расхо-
дуется на нагрев металла до температуры испа-
рения, можно получить выражение для необхо-
димой лазерной интенсивности. В этом случае по-
лучается оценка снизу, поскольку не учитываются
потери энергии на плавление, частичное испаре-
ние, необходимое для разрыва оксидной пленки
и слабого поперечного теплоотвода. Значение ла-
зерной интенсивности, вычисленное по формуле
(1), оказалось равным 4,5⋅106 Вт/см2, что хорошо
согласуется с экспериментальными данными.
Оценка второго возможного механизма, свя-
занного с поглощением излучения в оксидной
пленке, может быть проведена по выражению, ко-
торое учитывает двойной проход излучения через
пленку из-за отражения от алюминиевой повер-
хности:
I = cρT
αt(2 – η)
, (2)
где c — теплоемкость; ρ — плотность; α — коэф-
фициент объемного поглощения пленки.
Полученное значение 2,5⋅106 Вт/см2 оказалось
существенно ниже экспериментально наблюдае-
мого порога. Этот факт может быть объяснен эф-
фективной теплопередачей от пленки к алюми-
ниевому основанию из-за малой толщины пленки,
которая гарантирует достаточно высокую теплоп-
роводность в миллисекундном диапазоне.
Импульсный режим работы обоих источников
тепла дает возможность проводить эксперименты
по количественному исследованию потенциаль-
ного синергетического эффекта. Чтобы исклю-
чить взаимное влияние лазерного излучения и
плазмы дуги, можно использовать временные за-
держки между их импульсами так, чтобы иссле-
дуемый источник начинал действовать на метал-
лическую поверхность только после завершения
действия другого. В этом случае оценка вложен-
ной мощности и значение теплового эффекта дол-
жны быть основаны на достаточно прецизионной
методике, и ее разработка является одной из пер-
спективных научных проблем.
Разработанный экспериментальный комплекс
для исследования процессов гибридной лазерно-
микроплазменной сварки и обработки материалов
имеет следующие характеристики:
– лазерный источник формирует импульс с уп-
равляемой формой, пиковой мощностью до 4 кВт
и интенсивностью до 107 Вт/см2 в зоне обработки;
– дуговой источник имеет четыре режима,
включая импульсы переменной полярности, с час-
тотой повторения до 70 Гц и амплитудой тока
до 30 А;
Рис. 8. Результаты воздействия на поверхность алюминия
микроплазменной дугой постоянного тока прямой полярнос-
ти (слева) и лазерно-микроплазменного воздействия (справа)
(1–4 см. в табл. 2)
Рис. 9. Схема процессов поглощения излучения, отражения и
теплопередачи при удалении оксидной пленки с алюминие-
вой поверхности
38 8/2008
– система синхронизации дает возможность из-
менения задержки между импульсом лазерного
излучения и импульсом тока дуги;
– коаксиальная схема подачи лазерного излу-
чения в плазмообразующее сопло приводит к мак-
симальной эффективности воздействия на обра-
батываемый металл обоих источников;
– устройство плазмотрона позволяет регули-
ровать расход газовой смеси и обеспечивает раз-
дельную подачу защитного и плазмообразующего
газов;
– двухкоординатный стол дает возможность
автоматического регулирования параметров дви-
жения образца в диапазоне линейной скорости
от 0,006 до 0,6 м/мин с независимым вертикаль-
ным перемещением плазмотрона над обрабаты-
ваемой поверхностью.
Предварительные эксперименты, выполненные
с помощью разработанного комплекса оборудова-
ния, показали его широкие возможности в области
исследования импульсных гибридных процессов
сварки и обработки материалов и развития соот-
ветствующих технологий. Полученные результаты
доказывают возможность существенного влияния
взаимодействия импульсов лазерного излучения и
тока дуги на форму проплавления. Классификация
факторов такого взаимодействия и их количествен-
ная оценка требует дальнейших исследований, в том
числе с проведением металлографического анализа
различных зон сварного шва с целью определения
оптимальных режимов процесса для получения тре-
буемых свойств соединения, а также дальнейшего
развития теоретической модели совместного воз-
действия на металл двух импульсных источников
тепла.
1. Steen W. M., Eboo M. Arc augmented laser welding // Metal
Construction. — 1979. — 11, № 7. — P. 332–335.
2. Diebold T. P., Albright C. E. «Laser-GTA» welding of alu-
minium alloy 5052 // Welding J. — 1984. — 63, № 6. —
P. 18–24.
3. Гибридная лазерно-микроплазменная сварка металлов
малых толщин / Б. Е. Патон, В. С. Гвоздецкий, И. В.
Кривцун и др. // Автомат. сварка. — 2002. — № 3. —
С. 5–9.
4. Особенности нагрева металла при лазерно-дуговой
сварке / С. Г. Горный, В. А. Лопота, В. Д. Редозубов и
др. // Там же. — 1989. — № 1. — С. 73–74.
5. Pat. 5700989 USA. Combined laser and plasma arc welding
torch / I. S. Dykhno, I. V. Krivtsun, G. N. Ignatchenko. —
Publ. 23.12.97.
6. Seyffarth P., Krivtsun I. V. Laser-arc processes and their ap-
plications in welding and material treatment // Welding and
allied processes. — London: Taylor and Francis Books,
2002. — Vol. 1. — 200 p.
7. Dilthey U., Lueder F., Wieschemann A. Process-technical in-
vestigations on hybrid technology of laser beam-arc welding
// Proc. of 6th Intern. conf. on welding and melting by elect-
ron and laser beams. — Toulon, France, 1998.
8. Кривцун И. В. Проведение экспериментов по микроплаз-
менной сварке различных металлов малых толщин и вы-
бор соответствующих режимов горения дуги для гиб-
ридной сварки (Науч. техн. отчет) / Ин-т электросварки
им. Е. О. Патона НАНУ. — Киев, 2005.
9. Special features of formation of plasma torch under conditi-
ons of hybrid laser-arc welding / G. Turichin, A. Grigor’ev,
E. Zemlyakov et al. // High Temperature. — 2006. — 44,
№ 5. — P. 647–655.
10. Simulation of laser induced quartz ablation for nano powder
production / A. Abdurahmanov, V. Lopota, V. Sysoev, E.
Pozdeeva // Proc. of 5th Intern. conf. on beam technologies
& laser application, St.Petersburg, 2006.
An experimental set up was developed to study the processes of pulsed hybrid (laser-microplasma) welding and treatment
of materials using the radiation of pulsed-periodic Nd:YAG-laser with a wide range of adjustment of parameters of the
pulse and pulsed low-ampere arc, combined by means of an integrated plasmatron. The proposed algorithms of spatial and
time synchronization of two pulsed energy sources for a combined impact on materials enable studying the processes of
laser-microplasma welding of steel for car construction, treatment of aluminium alloys and sintering of nanomaterials.
Поступила в редакцию 22.02.2008
ВНИМАНИЮ ЧИТАТЕЛЕЙ!
Решением Президиума ВАК Российской Федерации от 4 июля 2008 г.
журнал «Автоматическая сварка» включен в Перечень ведущих рецен-
зируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опублико-
ваны основные научные результаты диссертаций на соискание ученых сте-
пеней доктора и кандидата наук.
8/2008 39
|