Современное состояние гибридной лазерно-плазменной сварки (Обзор)

Abstract

В работе описана краткая ретроспектива развития и современное состояние гибридной лазерно-плазменной сварки. Показано, что к основным задачам гибридной лазерно-плазменной сварки относится не только плазменно-дуговой подогрев металла изделия для повышения его поглощающей способности, но и модификация сварочного термического цикла для снижения скорости охлаждения после сварки. Это позволяет снизить содержание хрупких структур, склонных к разрушению при эксплуатации. Также, наличие плазменно-дуговой составляющей процесса позволяет снизить требования к качеству сборки свариваемых стыков, по сравнению с лазерной сваркой. Перспективы промышленного внедрения гибридной лазерно-плазменной сварки связаны с ее экономическими и технологическими преимуществами. Экономические преимущества заключаются в частичной (до 50 %) замене достаточно дорогой лазерной мощности значительно более дешевой дуговой, а также в снижении энергозатрат процесса за счет возможности замены присадочной проволоки соответствующим порошком или полного отказа от присадочного материала. Технологические преимущества заключаются в уменьшении остаточных термических деформаций, снижении требований к подготовке свариваемых кромок (включая возможность сварки кромок с зазором переменной ширины), получении возможности катодной очистки алюминиевых сплавов непосредственно в процессе сварки, увеличении глубины проплавления и повышении производительности процесса (в несколько раз по сравнению с плазменной сваркой и примерно на 40 % по сравнению с лазерной). Внедрение лазерно-плазменной сварки способно изменить существующие взгляды технологов на сварочный процесс и конструкторов на проектирование сварных конструкций. Промышленное применение лазерно-плазменной сварки, в первую очередь, связано с решением задач соединения титановых и алюминиевых сплавов, а также нержавеющих сталей, в диапазоне толщин 0,3…15,0 мм.

The paper presents brief retrospective of progress and state-of-the-art of hybrid laser-plasma welding. It is shown that the main objectives of HLPW include not only plasma-arc heating of item metal to increase its absorptivity, but also modification of welding thermal cycle to lower the rate of cooling after welding. This allows lowering the content of brittle structures prone to fracture in service. Moreover, presence of plasma-arc component of the process allows lowering the requirements to quality of fit-up of the butts to be welded, compared to laser welding. Prospects for introduction of HLPW into industry are related to its cost and technological advantages. Cost advantages consist in partial (up to 50 %) replacement of quite expensive laser power by much less expensive arc power, as well as reduction of process power input due to the possibility of filler wire replacement by the respective powder or complete elimination of filler material. Technological advantages consist in reduction of residual thermal deformations, lowering of requirements to preparation of edges to be welded (including the possibility of welding edges with a variable gap), obtaining the ability of cathode cleaning of aluminium alloys directly during welding, increase of penetration depth and process efficiency (several times compared to plasma welding and by approximately 40 % compared to laser welding). Introduction of laser-plasma welding can change the current ideas of technologists about the welding process and those of designers about welded structure design. Industrial application of laser-plasma technology is, primarily, associated with solving the problems of joining titanium and aluminium alloys, as well as stainless steels in the range of thicknesses of 0.3-15 mm.