УСТАНОВКА ДЛЯ ИМПУЛЬСНОЙ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ В УСЛОВИЯХ ВАКУУМА

Полезная модель относится к области машиностроения, может быть использована при изготовлении тонкостенных изделий как общепромышленного применения так и изделий активных зон ядерных ректоров.
Для герметизации тонкостенных конструкций активно используются как дуговые (аргонодуговая, микроплазменная сварка) так и лучевые методы сварки (электронно-лучевая сварка, лазерная, сварка световым лучом).
Установки для лазерной импульсной сварки активно применяются в электронной технике и микроэлектронике. С их помощью сваривают диоды, транзисторы, полупроводниковые микросхемы и многие другие тонкостенные малогабаритные изделия (Б.Н. Бадьяров, В.А. Давыдов. Сварочные процессы в электронной технике: Учебное пособие. - М.: Высшая школа», 1988, с. 84-86). За аналог взята установка лазерной сварки LRS-150A в среде защитных газов. Установка LRS-150A содержит лазерный излучатель, координатный стол, систему фокусировки лазерного излучения, систему позиционирования изделия и блок программного управления, причем лазерный излучатель, система фокусировки лазерного излучения и система позиционирования изделия соединены между собой через блок программного управления.
Недостатком установки является отсутствие возможности применения лазерной сварки в условиях вакуума.
Технический результат заявляемого технического решения - обеспечение возможности лазерной сварки тонкостенных конструкций в условиях вакуума.
Для этого установка для импульсной лазерной сварки в условиях вакуума, содержащая лазерный излучатель, систему фокусировки лазерного излучения, систему позиционировния изделия, блок программного управления дополнительно содержит вакуумную камеру, систему ввода лазерного излучения и видеокамеру, причем лазерный излучатель, система фокусировки лазерного излучения, система позиционировния изделия, размещенная в вакуумной камере, соединены между собой через блок программного управления, система фокусировки лазерного излучения снабжена видеокамерой, а лазерный излучатель системой ввода лазерного излучения.
Вакуумная камера выполнена со стеклянной проходкой, для пропускания лазерного излучения без потерь в инфракрасном диапазоне.
Система фокусировки снабжена видеокамерой для обеспечения контроля процесса сварки. Наличие видеокамеры в системе фокусировки позволяет оптимально настроить фокусное расстояние со свариваемым изделием, настройку свариваемого стыка относительно лазерного луча, изменение диаметра лазерного луча и визуальный контроль качества сварного шва. Сигнал с видеокамеры выводится на монитор компьютера.
Система позиционирования изделия выполнена в виде устройства с вращением и трехкоординатным перемещением. Блок программного управления обеспечивает управление процессом сварки с помощью программы, задаваемой компьютером. Программное обеспечение позволяет осуществлять прямолинейные, криволинейные и круговые траектории лазерного луча.
Ввод лазерного излучения представляет собой окошко из кварцевого стекла, которое позволяет без потерь проходить лазерному лучу до изделия
Все операции по перемещению изделия могут выполняються в автоматическом режиме.
Новыми существенными признаками установки импульсной лазерной сварки в условиях вакуума являются:
- наличие дополнительной вакуумной камеры и вакуумной системы.
Применение вакуума позволяет эффективнее защищать сварные соединения химически активных металлов от воздействия газов и примесей. Особенно заметно это преимущество при сварке тугоплавких металлов и сплавов. Кроме того, при сварке в вакууме можно получать сварные швы с более глубоким проплавлением, чем в обычных условиях. Так же, в некоторых случаях, технические характеристики изделий определяют необходимость создания вакуума внутри свариваемого изделия
На прилагаемом рисунке представлена схема установки лазерной сварки, где:
1 - лазерный излучатель;
2 - система ввода лазерного излучения;
3 - система фокусировки лазерного излучения;
4 - видеокамера;
5 - система позиционирования изделия;
6 - блок программного управления;
7 - вакуумная камера с системой откачки.
Установка лазерной сварки работает следующим образом. Луч от лазерного излучателя (1) системой ввода лазерного излучения (2) передается на систему фокусировки лазерного излучения (3) и направляется через кварцевое стекло на свариваемое изделие, расположенное в вакуумной камере (7). Система позиционирования изделия (5) обеспечивает закрепление и перемещение свариваемого изделия. С помощью видеокамеры (4) осуществляется настройка оптимального фокусного расстояния со свариваемым изделием, настройка свариваемого стыка относительно лазерного луча, изменение диаметра лазерного луча и визуальный контроль качества сварного шва. Управление процессом сварки обеспечивает блок программного управления (6).
В отличие от прототипа предлагаемая установка позволяет проводить импульсную лазерную сварку в условиях вакуума с вращательным и трехкоординым перемещением изделия. На данной установке можно выполнять лазерную сварку в условиях вакуума различных конструкций сварных соединений изделий с толщиной свариваемых кромок до 1 мм.
На установке изготовлен макет плоской мишени молибден-99. Конструкции мишени имеет габаритные размеры: длина 250 мм, ширина 50 мм и толщина оболочки 0,5 мм. Материалом оболочки является алюминиевый сплав АД1.
Для обеспечения плотного контакта между оболочкой мишени и сердечником выполнена операция герметизации в условиях вакуума. Сварка последнего участка шва мишени происходит в вакуумной камере, в которой создано разряжение и через кварцевое стекло лазерным лучом заваривается последний участок шва. За счет того, что лазерный луч проникает через стекло практически без потерь мощности, обеспечивается качественное формирование сварного соединения. После герметизации мишени за счет разности давлений внутри и снаружи изделия стенки оболочки плотно примыкают к сердечнику, что способствует более эффективному отводу температуры от сердечника мишени. Для выполнения этих условий были отработана технология сборки изделия под сварку, определены и оптимизированы режимы сварки, создано вспомогательное оборудование, обеспечивающее сварку в условиях вакуума.
С использованием установки лазерной сварки в условиях вакуума проведены исследования показавшие возможность получения сварных соединений различных металлов и сплавов с более высокими характеристиками сварного шва, чем при сварке в среде защитных газов.
Предлагаемая установка лазерной сварки в условиях вакуума не требует специальных материалов, может быть изготовлена с помощью известных технических средств и обеспечивает технический результат. Следовательно, установка обладает промышленной применимостью.
Установка с камерой может быть использована и для лазерной сварки в контролируемой среде защитных газов