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Impiego di un dispositivo per il vuoto locale di tipo mobile nell'applicazione del processo laser.

Deployment of mobile vacuum device in the application of laser beam welding

  • Lo sviluppo del pennacchio di vapore durante la saldatura laser di metalli con direzioni di propagazione lungo l'asse del fascio laser comporta una riduzione della potenza del laser assorbita nel keyhole. Questi effetti negativi possono essere notevolmente attenuati mediante l'applicazione di una ridotta pressione ambientale, diminuendo così l'interazione tra il fascio laser ed i prodotti dell'evaporazione, condizione che favorisce la stabilità del processo di saldatura e si traduce in una maggiore profondità di penetrazione. Una tecnica convenzionale utilizza il principio della camera a vuoto, simile a quello utilizzato per la saldatura a fascio elettronico. L'applicazione di questa tecnica è limitata dalle dimensioni della camera e riduce quindi i vantaggi di questo approccio, particolarmente per componenti di grandi dimensioni. Abbiamo dimostrato la possibilità di applicazione del vuoto in forma localizzata con apparecchiature mobili, che consentono di generare unaLo sviluppo del pennacchio di vapore durante la saldatura laser di metalli con direzioni di propagazione lungo l'asse del fascio laser comporta una riduzione della potenza del laser assorbita nel keyhole. Questi effetti negativi possono essere notevolmente attenuati mediante l'applicazione di una ridotta pressione ambientale, diminuendo così l'interazione tra il fascio laser ed i prodotti dell'evaporazione, condizione che favorisce la stabilità del processo di saldatura e si traduce in una maggiore profondità di penetrazione. Una tecnica convenzionale utilizza il principio della camera a vuoto, simile a quello utilizzato per la saldatura a fascio elettronico. L'applicazione di questa tecnica è limitata dalle dimensioni della camera e riduce quindi i vantaggi di questo approccio, particolarmente per componenti di grandi dimensioni. Abbiamo dimostrato la possibilità di applicazione del vuoto in forma localizzata con apparecchiature mobili, che consentono di generare una pressione ridotta solo in una piccola zona attorno al keyhole. Utilizzando un dispositivo di chiusura appositamente progettato per la pressione, di tipo mobile, che può essere spostato lungo l'asse del giunto è possibile ottenere una pressione assoluta di circa 200 mbar. Questo è sufficiente per aumentare la profondità di penetrazione di circa il 50%. I campioni di acciaio grado S355 sono stati saldati con una potenza laser incrementale da 5 kW a 12 kW a pressione atmosferica e confrontati con quelli saldati a pressione ambiente di 200 mbar. La valutazione della sezione longitudinale ha rivelato un aumento della profondità di penetrazione dei giunti di circa il 35%. Inoltre, sono stati eseguiti test di saldatura in configurazione di giunti testa a testa con lamiere di 15 mm di spessore con diverse potenze associate al fascio laser eseguiti a pressione atmosferica ed a pressione ambiente ridotta di circa 200 mbar. L'aumento nella profondità di penetrazione fino al 40% è relativo alla pressione ridotta. In particolare, basse velocità di saldatura con pressione ridotta si sono rivelate particolarmente vantaggiose in termini di aumento della penetrazione.zeige mehrzeige weniger
  • The development of the vapour plume during the laser beam welding of metals with propagation directions along the laser beam axis leads to a reduction of the absorbed laser power in the keyhole. These unfavourable effects can be significantly mitigated by the application of a reduced ambient pressure thus decreasing the interaction between the laser beam and evaporation products, which leads to more stable welding process and results in increased penetration depth. A conventional technique use a vacuum chamber principle, similar to that, used for electron beam welding. Application of this technique is restricted by the chamber size and reduces thus the advantages of this approach especially for large components. We demonstrate a possibility of mobile local vacuum application, which allows to generate a reduced pressure only in small region around the keyhole. By using of specially designed mobile pressure lock which can be moved along the welding direction absoluteThe development of the vapour plume during the laser beam welding of metals with propagation directions along the laser beam axis leads to a reduction of the absorbed laser power in the keyhole. These unfavourable effects can be significantly mitigated by the application of a reduced ambient pressure thus decreasing the interaction between the laser beam and evaporation products, which leads to more stable welding process and results in increased penetration depth. A conventional technique use a vacuum chamber principle, similar to that, used for electron beam welding. Application of this technique is restricted by the chamber size and reduces thus the advantages of this approach especially for large components. We demonstrate a possibility of mobile local vacuum application, which allows to generate a reduced pressure only in small region around the keyhole. By using of specially designed mobile pressure lock which can be moved along the welding direction absolute pressure of around 200 mbar could be obtained. This is sufficient to increase the welding depth by around 50%. Samples from S355 were welded with an incremental laser power from 5 kW to 12 kW at atmospheric pressure and compared to those welded at ambient pressure of 200 mbar. The evaluation of the longitudinal section revealed an increase of the welding depth by about 35%. Furthermore, the welding trials in butt joint configuration on 15 mm thick plates at various laser beam power performed for atmospheric and reduced ambient pressure of around 200 mbar. The increase in welding depth up to 40% was established for reduced pressure. Particularly, low welding speeds under reduced pressure were especially advantageous in terms of increasing the welding depth.zeige mehrzeige weniger

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Metadaten
Autoren/innen:André Schneider, Andrey Gumenyuk, Michael Rethmeier
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Mehrsprachig
Titel des übergeordneten Werkes (Italienisch):Rivista Italiana della Saldatura
Jahr der Erstveröffentlichung:2016
Organisationseinheit der BAM:9 Komponentensicherheit
9 Komponentensicherheit / 9.3 Schweißtechnische Fertigungsverfahren
Jahrgang/Band:04
Ausgabe/Heft:04
Erste Seite:1
Letzte Seite:8
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Laserstrahlschweißen; Lokale Effekte; Vakuum
laser welding; local effects; vacuum
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Materialien und Stoffe
ISSN:0035-6794
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:31.03.2016
Referierte Publikation:Nein