Новости

исследованы технологические возможности гибридной лазерно-плазменной сварки алюминиевых сплавов

Дата публикации: 24/04/2008
Категория: Новости лазерных технологий
Версия для печати

В ИЭС им. Е.О.Патона исследованы технологические возможности гибридной лазерно-плазменной сварки алюминиевых сплавов в сопоставлении с плазменной и лазерной сваркой. Изучены свойства сварных соединений, выполненных гибридным способом, а также их макро- и микроструктура.

В промышленности часто возникает необходимость сварки изделий из алюминиевых сплавов, что служит стимулом для разработки соответствующей технологии.
Актуальны такие задачи, как сварка тонкостенных сотовых и стрингерных панелей вагонов высокоскоростной железной дороги, корпусных элементов авиационной техники, судовых конструкций, профильных проставок для стеклопакетов, облегченных корпусов автомобилей и т.д.
Для создания сварных конструкций из тонколистовых алюминиевых сплавов можно использовать различные технологии. В последнее время вызывают интерес технологии, в которых применяется лазерное излучение. Большинство авторов признает перспективность лазерной сварки, однако при этом они отмечают ряд проблем, связанных с ней.
Одной из важных проблем, возникающей при лазерной сварке алюминия и его сплавов, характеризующихся высокой отражательной способностью свариваемой поверхности, является необходимость в использовании лазерного излучения большой мощности (свыше 2 кВт) для перехода от поверхностного к объемному тепловложению. Однако повышение мощности лазерного излучения влечет за собой увеличение стоимости лазерного оборудования.
Одним из способов решения этой проблемы является повышение поглощающей способности свариваемых поверхностей. Для этого можно использовать лазерное излучение с более короткой длиной волны, например, твердотельные лазеры вместо СО2-лазеров.
Другим способом решения указанной проблемы является использование комбинированных или гибридных лазерно-дуговых технологий, что позволяет сочетать преимущества отдельных составляющих способа с нивелированием их недостатков. Другой существенной проблемой, возникающей при лазерной сварке алюминиевых сплавов, является устранение оксидной пленки — так называемая очистка. Обычно эту операцию выполняют механическим способом (например, шабрением) или химическим травлением в водно-щелочном растворе. Немецкие ученые разработали способ лазерной очистки свариваемых деталей от оксидной пленки. Для этого они использовали специальную фокусирующую оптику, расщепляющую лазерный пучок на два — слабый очищающий и более мощный сварочный. Возможно также применение специальных лазерных установок, предназначенных для очистки соединяемой поверхности, что приводит к дополнительным затратам. Специалистами ИЭС исследован способ гибридной лазерно-плазменной сварки, алюминиевых сплавов с одновременной очисткой их поверхности путем использования разнополярных импульсов сварочного тока. В качестве лазерной составляющей гибридного процесса сварки использован диодный лазер модели ВР 020 НР (фирмы «Рофин-Синар», Германия) мощностью до 2 кВт, с длиной волны 0,808/0,940 мкм и СО2-лазер ЛТ 104 с длиной волны 10,6 мкм.
Для практической реализации процесса гибридной сварки, с учетом результатов ранее проведенных исследований, разработан и изготовлен специальный интегрированный плазмотрон, в котором лазерное излучение воздействовало на свариваемую деталь вместе с плазмой прямого действия через общее сопло.
Применение гибридной лазерно-плазменной сварки алюминиевых сплавов позволяет в 2...4 раза увеличить глубину проплавления по сравнению с лазерной сваркой и примерно во столько же повысить скорость сварки по сравнению с плазменной. При этом важным фактором является использование катодной очистки поверхностей от оксидной пленки.
Проявление синергетического эффекта, привязка плазменной дуги к зоне действия лазерного излучения и стабильность процесса высокоскоростной гибридной сварки в большей степени связаны со степенью фокусировки лазерного излучения, чем с длиной его волны.
Химический состав сварных соединений близок к составу основного металла, а их временное сопротивление разрыву составляет около 0,9 прочности основного металла, что превышает свойства аналогичных соединений, полученных дуговыми способами сварки.
Структуры сварных соединений алюминиевых сплавов, полученные гибридным способом, имеют более мелкую дисперсность металла шва и узкую зону сплавления по сравнению с дуговыми способами сварки, что приближает их к соединениям, полученным лазерным способом.

Источник: «Автоматическая сварка», 2007, № 5, с.49-53, www.nas.gov.ua/pwj

Статьи по теме:

страницы: 1