В этом разделе на примере лазерной сварки осесимметричных ■соединений рассмотрено применение некоторых выводов и реко­мендаций предыдущих разделов.

В конструкциях различных изделий промышленности для сое­динения тонколистовых деталей (контактов, держателей, лепест­ков и т. д.) с выводами, например, цоколя широко применяют тип соединения, показанный на рис. 20. Выводы металлостеклянного или металлокерамического цоколя имеют диаметр 0,3—1 мм и длину до места спая с диэлектриком /г=1==5 мм. Толщина листо­вых деталей соизмерима с диаметром вывода и составляет 0,1 — —0,5 мм. Наиболее распространенной схемой лазерной сварки таких деталей является, как показано на рис. 20, точечная сварка одним импульсом излучения при совместном расплавлении деталей по всему торцу.

Подпись: Рис. 20. Схема сварки осесимметричных соединений: 1—держатель; 2—вывод Лазерная сварка таких соединений на серийных установках характеризуется сле­дующими особенностями: разрушение диэ­лектрика или других деталей, расположен­ных вне зоны сварки, вследствие непосред­ственного воздействия лазерного излучения, прошедшего мимо листовой детали, либо разрушение металлодиэлектрического спая, вследствие перегрева его теплотой, распро­страняющейся по выводу от места сварки; низкий КПД сварки, обусловленный высо­кой отражательной способностью сваривае­мых материалов; неравномерность нагрева свариваемых деталей с различными отра­жательными свойствами.

Рассмотрим возможные способы исключения указанных недо­статков лазерной сварки осесимметричных соединений.

Очевидно, что прямое повреждение теплочувствительной дета­ли может быть исключено, если зона сварки расположена в обла­сти расходящегося пучка, как показано на рис. 20. Огибающая каустика лазерного пучка описывается формулой (6), используя которую, можно получить выражение для расчета плотности энер­гии лазерного излучения на теплочувствительной детали Wr:

W, (ВІ + 4г1>/1Вз + 4 (гс+ А)2], (68

где — плотность энергии лазерного излучения на поверхности свариваемых деталей; zc — расстояние от перетяжки сфокусиро­ванного пучка до места сварки; h — расстояние от места сварки до теплочувствительной детали; В3 — конфокальный параметр сфокусированного пучка.

Исследуя функцию y—Wt/W(, на экстремум, можно определить значение zc, при котором для заданных В3 и h W7/Wc минимально:

Zc. otrr = — 0,5ft-f 0,5 j/^ft2 * В . (69)

Значение 53 для сварочных установок обычно составляет 2—10 мм. Тогда для /г=1-ь5 мм из (69) следует, что z, c.0„т может
составлять 3—0,2 мм. Например, для Вг=4 мми£=3 мм, 20.опт= = 1 мм, a U? T/U? c = 0,25, т. е. плотность энергии на термочувстви­тельном элементе может быть снижена в 4 раза по сравнению с плотностью энергии в месте сварки. При сварке в перетяжке (2с = 0) при тех же значениях и h WT/WC = 0,31, что на 25% пре­вышает оптимальное значение WT/WC. При оптимизации режима сварки, применяя короткофокусные объективы (/У = 30=40 мм) и выбирая оптимальные zc, можно добиться более существенного снижения WT/Wс<0,1.

Рассмотренный прием сварки не исключает возможности по­вреждения теплочувствительной детали в зоне спая с выводом из-за перегрева спая теплотой, распространяющейся по выводу от места сварки. Глубину проплавления и минимально допустимую величину h можно найти, используя уравнения (35) и (38). Напри­мер, расчет по (38) для коваровых выводов (Т0/Гк = 0,033, т=4Х XI О-3 с, а=0,046 см2/с) дает значение 20=1,8 мм. В экспериментах тепловое разрушение стеклоспая наблюдалось при Іг= 1,5-ї-2 мм.

Указанные дефекты сварки осесимметричных соединений в значительной степени могут быть уменьшены при сварке с возвра­том отраженного излучения. В качестве примера рассмотрим ла­зерную сварку держателей из серебра и бериллиевой бронзы с коваровыми выводами цоколя реле. Сварку выполняли на уста­новке «Квант-10». Световозвращателем служила зеркальная полу­сфера с радиусом зеркала р’ = 75 мм, установленная таким обра­зом, что обеспечивался однократный возврат зеркальной составля­ющей отражения и многократный — диффузной составляющей. Коэффициент отражения зеркала полусферы £=0,9.

Анализ результатов проплавления деталей показал, что для достижения равных объемов расплавленного металла при сварке без возврата отраженного излучения энергия импульса излучения должна быть в 2 раза больше, чем при сварке с возвратом. Кроме того, сварка с возвратом позволила избежать нежелательных вы­плесков металла, вследствие стабилизации режима сварки. При этом достигается значительное уменьшение прямого воздействия лазерного пучка на стеклоизолятор цоколя, что объясняется умень­шением энергии импульса излучения и увеличением его угла расхо­димости в процессе перефокусировки.