Введение 6
Глава 1. Информационный обзор 8
1.2. Параметры качества лазерной сварки 17
1.3. Лазерная сварка и резка алюминия 19
1.4. Микроструктура и свойства алюминиевых сплавов 27
Глава 2. Описание установки 34
Глава 3. Экспериментальная часть 41
Заключение 75
Список использованной литературы 76
На сегодняшний день лазерная резка применяется во всех отраслях промышленности от резки листового металла для корпусов приборов различного рода до изготовления строительных конструкций, деталей автомобилей, узлов авиационных судов, специальных изделий.
Сфокусированное лазерное излучение, обеспечивая высокую
концентрацию энергии, позволяет разделять практически любые металлы и сплавы независимо от их теплофизических свойств. Благодаря большой плотности мощности лазерного излучения обеспечивается высокая производительность, сочетающаяся с высоким качеством поверхности реза. Оно характеризуется шириной реза, шероховатостью поверхности, неперпендикулярностью кромок, глубиной зоны температурного влияния, наличием грата на кромках, а также точностью деталей. На показатели качества влияют параметры излучения и вспомогательного газа, вид и толщина разрезаемого материала, а также скорость резки. Каждой толщине материала соответствует оптимальная скорость резки, близкая к максимальной, при которой достигаются наилучшие показатели качества. Качество резки в значительной мере зависит от положения фокальной плоскости резака относительно поверхности листа.
Величина шероховатости поверхности реза характеризуется глубиной, частотой повторения и наклоном бороздок и изменяется по толщине листа. К верхней кромке примыкает зона с наименьшей глубиной бороздок, образующихся в результате периодического разрушения от верхней кромки вглубь металла. В расположенной ниже зоне образуются более глубокие бороздки в результате одновременного воздействия на металл лазерного излучения и вспомогательного газа. У нижней кромки металла расположена зона с наибольшим наклоном (отставанием) бороздок в сторону, противоположную направлению резки. Образование бороздок в этой зоне связано в основном с воздействием на поверхность кромки стекающего расплавленного металла и вспомогательного газа.
С увеличением скорости резки и плотности мощности глубина бороздок уменьшается на всей поверхности реза. Г лубина зоны температурного влияния зависит от тех же параметров, что и ширина реза, в первую очередь — от диаметра сфокусированного луча и скорости резки.
Лазерная сварка выполняется благодаря: направленности, когерентности и монохромотичности лазерного луча, так как эти свойства дают возможность лазерному лучу сфокусироваться на очень маленькую поверхность металла и создать на ней плотность энергии порядка 108 Вт/см2 - достаточную для плавления металла и, следовательно, сварки. Различают твердотельные, газовые и полупроводниковые лазеры.
Лазерную сварку производят на воздухе или в среде защитных газов: аргона, СО2. Вакуум, как при электронно-лучевой сварке, здесь не нужен, поэтому лазерным лучом можно сваривать крупногабаритные конструкции. Лазерный луч легко управляется и регулируется, с помощью зеркальных оптических систем легко транспортируется и направляется в труднодоступные для других способов места. В отличие от электронного луча и электрической дуги на него не влияют магнитные поля, что обеспечивает стабильное формирование шва. Из-за высокой концентрации энергии (в пятне диаметром 0,1 мм и менее) в процессе лазерной сварки объем сварочной ванны небольшой, малая ширина зоны термического влияния, высокие скорости нагрева и охлаждения. Это обеспечивает высокую технологическую прочность сварных соединений, небольшие деформации сварных конструкций.
При облучении поверхности тела светом энергия квантов (порций) света поглощается этой поверхностью. Образуется теплота, температура поверхности повышается. Если световую энергию сконцентрировать на малом участке поверхности, можно получить высокую температуру. На этом основана сварка световым лучом оптического квантового генератора - лазера.
В данной выпускной квалификационной работе было разработано роботизированный технологический комплекс для лазерной резки и сварки алюминия.
В ходе выполнения работы было дано описание установки, основные её компоненты, требования, предъявляемые к заготовке и к установке, а также её служебное назначение, дана краткая характеристика существующего уровня технологии.
Лазерная резка может производиться в присутствии разных газов: обычно, или воздуха, или водорода, но также азота и иногда других благородных газов. Выбор газа зависит от специфики конкретного случая применения: вида разрезаемого металла, толщины металла, планируемой последующей обработки.
Лазерную сварку производят на воздухе или в среде защитных газов: аргона, СО2. Вакуум, как при электронно-лучевой сварке, здесь не нужен, поэтому лазерным лучом можно сваривать крупногабаритные конструкции. Лазерный луч легко управляется и регулируется, с помощью зеркальных оптических систем легко транспортируется и направляется в труднодоступные для других способов места.
На основании проделанного исследования, можно сделать следующие выводы. Лазерная резка и сварка зависит от мощности, скорости и выбранного газа.
