Влияние поглощения лазерного излучения на эффективность лазерной сварки меди и ее сплавов

Abstract

В связи с высокой отражающей способностью меди принято считать, что лазерная сварка изделий из этого материала нецелесообразна. Однако в современной промышленности периодически возникают задачи соединения деталей из меди и ее сплавов узкими сварными швами с глубоким кинжальным проплавлением. При этом по техническим причинам использование электронно-лучевой сварки не всегда возможно, а достаточно широкая доступность волоконных (длина волны 1,07 мкм) и дисковых (длина волны 1,03 мкм) технологических лазеров последнего поколения делает задачу лазерной сварки таких материалов актуальной. Поэтому целью работы служило изучение условий поглощения лазерного излучения с длиной волны 1,03…1,07 мкм медью и ее сплавами при лазерной сварке с глубоким проплавлением, а также определение основных параметров режима сварки и оценка эффективности процесса. В работе показано, что для определенного сочетания толщины медного сплава и плотности мощности излучения с длиной волны 1,03…1,07 мкм, существует такая оптимальная скорость процесса сварки, при которой его технико-экономическая эффективность максимальна. Эта скорость должна быть такой, чтобы поглощательная способность (интегральная по пятну лазерного нагрева) составляла порядка 13…15 %. Превышение скорости сварки приводит к резкому снижению поглощательной способности, а, следовательно, необходимости повышения мощности излучения и удорожанию процесса. Уменьшение скорости сварки относительно оптимальной приводит к снижению производительности, перегреву металла в сварочной ванне и к таким дефектам формообразования шва, как провисание и выплески металла.

Due to a high reflection power of copper it is usually assumed that the laser welding of products of this material is not rational. However, in the modern industry the problems of joining the parts of copper and its alloys periodically arise, applying narrow welds with a deep vapor-gas channel. Moreover, for technical reasons the use of electron beam welding is not always possible and a sufficiently wide availability of fiber (wavelength of 1.07 μm) and disc (wavelength of 1.03 μm) industrial lasers of the latest generation makes the problem of laser welding of these materials challenging. Therefore, the aim of the work was to study the conditions of absorbing the laser radiation with the wavelength of 1.03–1.07 μm by copper and its alloys in laser welding with a deep penetration, as well as to determine the basic parameters of the welding mode and to evaluate the process effectiveness. It was shown in the work that for certain combinations of thickness of copper alloy and density of radiation power with the wavelength of 1.03–1.07 μm, the optimal speed of welding process exists, at which its technical and economic efficiency is maximum. This speed should be such that the absorbing capacity (integrated over the spot of laser heating) can be at the level of about 13–15 %. The exceeding of welding speed leads to a sharp decrease in absorbing capacity, and, consequently, to the need in increasing the radiation power and growing the cost of the process. The decrease in welding speed relatively to the optimal one leads to decrease in efficiency, overheating of metal in the weld pool and to such defects of weld shaping, as sagging and metal splashes.