Развитие лазерной сварки алюминиевых сплавов в ИЭС им. Е. О. Патона (Обзор)
Работы, связанные с созданием прецизионных технологий сварки конструкций из алюминиевых сплавов, позволяющих минимизировать остаточные сварочные деформации, являются актуальными. К ним, например, относятся технологии, предусматривающие использование лазерной сварки. Целью настоящей статьи является...
Збережено в:
| Дата: | 2013 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2013
|
| Назва видання: | Автоматическая сварка |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102282 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Развитие лазерной сварки алюминиевых сплавов в ИЭС им. Е. О. Патона (Обзор) / В.Ю. Хаскин // Автоматическая сварка. — 2013. — № 05 (721). — С. 52-57. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-102282 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1022822016-06-12T03:03:07Z Развитие лазерной сварки алюминиевых сплавов в ИЭС им. Е. О. Патона (Обзор) Хаскин, В.Ю. Производственный раздел Работы, связанные с созданием прецизионных технологий сварки конструкций из алюминиевых сплавов, позволяющих минимизировать остаточные сварочные деформации, являются актуальными. К ним, например, относятся технологии, предусматривающие использование лазерной сварки. Целью настоящей статьи является обзор исследований по сварке алюминия и его сплавов с применением лазерного излучения, проводившихся в ИЭС им. Е. О. Патона с конца 1960-х годов до настоящего времени. Показано поэтапное развитие этих исследований в зависимости от прогресса лазерной техники и роста уровня знаний исследователей. Выделены три основные этапы работ по лазерной сварке: с применением маломощных импульсных лазеров (с конца 1960-х по конец 1970-х гг.), с применением мощных непрерывных лазеров (с начала 1980-х по начало 2000-х гг.) и с применением гибридных лазерно-дуговых и лазерно-плазменных процессов (с начала 2000-х гг. до настоящего времени). Для каждого этапа отмечены наиболее интересные в научном и технологическом плане результаты исследований. Предложенный обзор иллюстрирует достаточно высокий уровень исследований сварки алюминиевых сплавов с использованием лазерного излучения, проводившихся в ИЭС им. Е. О. Патона в разные годы. Показано, что на сегодня такие исследования продолжаются. Отмечены их перспективы, в том числе промышленные применения описанных способов сварки для изготовления тонкостенных корпусных конструкций автомобилей, скоростных железнодорожных вагонов, судов различного назначения, самолетов, ракет и космической техники. Библиогр. 16, табл. 1, рис. 4. 2013 Article Развитие лазерной сварки алюминиевых сплавов в ИЭС им. Е. О. Патона (Обзор) / В.Ю. Хаскин // Автоматическая сварка. — 2013. — № 05 (721). — С. 52-57. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102282 621.791.72:621.375.826 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Производственный раздел Производственный раздел |
| spellingShingle |
Производственный раздел Производственный раздел Хаскин, В.Ю. Развитие лазерной сварки алюминиевых сплавов в ИЭС им. Е. О. Патона (Обзор) Автоматическая сварка |
| description |
Работы, связанные с созданием прецизионных технологий сварки конструкций из алюминиевых сплавов, позволяющих минимизировать остаточные сварочные деформации, являются актуальными. К ним, например, относятся
технологии, предусматривающие использование лазерной сварки. Целью настоящей статьи является обзор исследований по сварке алюминия и его сплавов с применением лазерного излучения, проводившихся в ИЭС им. Е. О.
Патона с конца 1960-х годов до настоящего времени. Показано поэтапное развитие этих исследований в зависимости
от прогресса лазерной техники и роста уровня знаний исследователей. Выделены три основные этапы работ по
лазерной сварке: с применением маломощных импульсных лазеров (с конца 1960-х по конец 1970-х гг.), с применением мощных непрерывных лазеров (с начала 1980-х по начало 2000-х гг.) и с применением гибридных
лазерно-дуговых и лазерно-плазменных процессов (с начала 2000-х гг. до настоящего времени). Для каждого этапа
отмечены наиболее интересные в научном и технологическом плане результаты исследований. Предложенный
обзор иллюстрирует достаточно высокий уровень исследований сварки алюминиевых сплавов с использованием
лазерного излучения, проводившихся в ИЭС им. Е. О. Патона в разные годы. Показано, что на сегодня такие
исследования продолжаются. Отмечены их перспективы, в том числе промышленные применения описанных способов
сварки для изготовления тонкостенных корпусных конструкций автомобилей, скоростных железнодорожных вагонов,
судов различного назначения, самолетов, ракет и космической техники. Библиогр. 16, табл. 1, рис. 4. |
| format |
Article |
| author |
Хаскин, В.Ю. |
| author_facet |
Хаскин, В.Ю. |
| author_sort |
Хаскин, В.Ю. |
| title |
Развитие лазерной сварки алюминиевых сплавов в ИЭС им. Е. О. Патона (Обзор) |
| title_short |
Развитие лазерной сварки алюминиевых сплавов в ИЭС им. Е. О. Патона (Обзор) |
| title_full |
Развитие лазерной сварки алюминиевых сплавов в ИЭС им. Е. О. Патона (Обзор) |
| title_fullStr |
Развитие лазерной сварки алюминиевых сплавов в ИЭС им. Е. О. Патона (Обзор) |
| title_full_unstemmed |
Развитие лазерной сварки алюминиевых сплавов в ИЭС им. Е. О. Патона (Обзор) |
| title_sort |
развитие лазерной сварки алюминиевых сплавов в иэс им. е. о. патона (обзор) |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2013 |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102282 |
| citation_txt |
Развитие лазерной сварки алюминиевых
сплавов в ИЭС им. Е. О. Патона (Обзор) / В.Ю. Хаскин // Автоматическая сварка. — 2013. — № 05 (721). — С. 52-57. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT haskinvû razvitielazernojsvarkialûminievyhsplavovviésimeopatonaobzor |
| first_indexed |
2025-07-07T12:05:09Z |
| last_indexed |
2025-07-07T12:05:09Z |
| _version_ |
1836989714118213632 |
| fulltext |
УДК 621.791.72:621.375.826
РАЗВИТИЕ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
В ИЭС им. Е. О. ПАТОНА (Обзор)
В. Ю. ХАСКИН
ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
Работы, связанные с созданием прецизионных технологий сварки конструкций из алюминиевых сплавов, позво-
ляющих минимизировать остаточные сварочные деформации, являются актуальными. К ним, например, относятся
технологии, предусматривающие использование лазерной сварки. Целью настоящей статьи является обзор иссле-
дований по сварке алюминия и его сплавов с применением лазерного излучения, проводившихся в ИЭС им. Е. О.
Патона с конца 1960-х годов до настоящего времени. Показано поэтапное развитие этих исследований в зависимости
от прогресса лазерной техники и роста уровня знаний исследователей. Выделены три основные этапы работ по
лазерной сварке: с применением маломощных импульсных лазеров (с конца 1960-х по конец 1970-х гг.), с при-
менением мощных непрерывных лазеров (с начала 1980-х по начало 2000-х гг.) и с применением гибридных
лазерно-дуговых и лазерно-плазменных процессов (с начала 2000-х гг. до настоящего времени). Для каждого этапа
отмечены наиболее интересные в научном и технологическом плане результаты исследований. Предложенный
обзор иллюстрирует достаточно высокий уровень исследований сварки алюминиевых сплавов с использованием
лазерного излучения, проводившихся в ИЭС им. Е. О. Патона в разные годы. Показано, что на сегодня такие
исследования продолжаются. Отмечены их перспективы, в том числе промышленные применения описанных способов
сварки для изготовления тонкостенных корпусных конструкций автомобилей, скоростных железнодорожных вагонов,
судов различного назначения, самолетов, ракет и космической техники. Библиогр. 16, табл. 1, рис. 4.
К л ю ч е в ы е с л о в а : алюминиевые сплавы, лазерное излучение, гибрид, дуга плавящегося электрода, плазма
прямого действия, скорости сварки, остаточные деформации, механические свойства
Алюминий и его сплавы широко применяются в
современном промышленном производстве. Раз-
нообразие конструкций, изготавливаемых из алю-
миниевых сплавов, потребовало разработки раз-
личных способов их сварки [1]. Среди них особое
внимание уделяется тем, в которых используется
лазерное излучение. В ИЭС им. Е. О. Патона с
конца 1960-х годов проводили исследования ла-
зерной сварки алюминиевых сплавов. Обзору этих
исследований и посвящена данная работа.
В конце 1960-х – начале 1970-х годов стали
эффективно применяться импульсные твердотель-
ные лазеры для производства изделий приборос-
троения, радиотехники, электровакуумных систем
и в других отраслях мелкого машиностроения.
Это способствовало развитию в ИЭС исследова-
ний и разработки промышленных технологий
сварки, которые использовали для нагрева и свар-
копайки металлических заготовок лазерный им-
пульсный источник нагрева.
Проведение технологических исследований
возглавил О. А. Величко, ответственным за ап-
паратную часть являлся В. П. Гаращук, а общее
руководство работами осуществлял В. Э. Морав-
ский. В экспериментах использовали лазерные ус-
тановки типов УЛ-2м, СЛС-10, позже — Квант-10.
В связи со сравнительно низкими энергиями им-
пульса (до 10 Дж) образцы изготавливали преи-
мущественно из фольг толщиной 0,1…0,5 мм.
Непрерывные швы получали путем перекрытия
сварочных точек, образующихся за один импульс.
Коэффициент перекрытия обычно составлял от 50
до 75 %. Сварку вели в защитных газах, зачастую
отдавая предпочтение гелию. Отличительной чер-
той данного этапа работ являлось тщательное изу-
чение металлографических особенностей получа-
емых соединений, а также их влияние на меха-
нические свойства соединений.
Примером таких исследований является работа
[2]. В ней впервые были опубликованы данные
о механических свойствах стыковых соединений
разнородных металлов, выполненных лазерной
сваркой. В том числе была исследована свари-
ваемость технически чистого алюминия с такими
материалами, как медь М1, бронза Бр. Б2, аус-
тенитная нержавеющая сталь 1Х18Н9Т и угле-
родистая сталь 08кп. Было установлено, что во
всех случаях разрушение сварного соединения
происходит по шву и является хрупким. Для со-
единения алюминия с медью М1 отношение пре-
дела прочности σв металла шва к соответствую-
щему показателю менее прочного металла (σв
алюминия) составляло 40 % при угле загиба 60°.
Для соединения Al–Бр. Б2 отношение пределов
прочности составляло 60 % при угле загиба 30°.
Для соединения Al–1Х18Н9Т отношение преде-
лов прочности составляло 10% при угле загиба
5°. Для соединения Al–08кп отношение пределов
прочности составляло 66 % при угле загиба 80°.© В. Ю. Хаскин, 2013
52 5/2013
Для повышения механических характеристик раз-
нородных соединений и улучшения геометрии
шва в работе [2] был предложен такой техноло-
гический прием лазерной сварки, как смещение
пятна нагрева от оси стыка в сторону одного из
соединяемых металлов. Так были получены вы-
сококачественные стыковые соединения с расп-
лавлением только одного из металлов — так на-
зываемый процесс сваркопайки. Среди таких со-
единений были отмечены соединения алюминия
с вольфрамом, молибденом и сталью.
Постепенно все большее внимание стало уде-
ляться изучению технологических особенностей
процесса импульсной лазерной сварки алюмини-
евых сплавов. Так, в работе [3] впервые были
приведены данные о лазерной сварке алюминия.
В ней рассматривались вопросы возникновения
различного рода дефектов, связанных с измене-
нием режимов процесса — как дефектов форми-
рования соединения (раковин, пор, подрезов, уто-
нений), так и металлургического происхождения
(структурных и химических изменений металла
сварной точки и ЗТВ, трещин). Было установлено,
что при импульсной лазерной сварке в режиме
теплопроводностного проплавления механичес-
кие свойства металла сварной точки практически
не зависят от интенсивности излучения, а при пе-
реходе в режим глубокого проплавления струк-
тура и механические характеристики сварной точ-
ки могут ухудшаться с увеличением интенсив-
ности излучения. Также при этом возрастает
склонность к образованию раковин, пор, микрот-
рещин и других дефектов. Установили, что алю-
миний в весьма малой степени реагирует на из-
менение интенсивности излучения (рис. 1).
Еще на начальном этапе работ по лазерной
сварке алюминия в ИЭС им. Е. О. Патона боль-
шую заинтересованность к полученным резуль-
татам проявил Д. М. Рабкин. К концу 1980-х го-
дов, когда начался переход на мощные лазеры
непрерывного действия, развитие технологичес-
ких приемов лазерной сварки позволило получать
протяженные бездефектные швы, он дал высокую
оценку этому способу сварки и предсказал даль-
нейшее его развитие.
В отличие от импульсной лазерной сварки ла-
зерная сварка алюминиевых сплавов непрерыв-
ным излучением считалась крайне проблематич-
ной примерно до 1978–1979 гг. В то время экс-
перименты проводили на установке ОБ-1617, раз-
работанной в ИЭС им. Е. О. Патона под руко-
водством В. П. Гаращука. При сварке сплава
АМг6 излучением этого СО2-лазера мощностью
1,4 кВт в шве наблюдалась значительная микро-
пористость, оксидные пленки и скопления про-
дуктов взаимодействия металла шва с газами воз-
духа в виде хрупких игольчатых фаз. При защите
сварочной ванны аргоном глубина проплавления
уменьшалась до нуля [4].
В конце 1970-х годов начался переход на мощ-
ные CO2-лазеры, генерирующие непрерывное из-
лучение, что позволило значительно расширить
технологические возможности процесса лазерной
сварки [5]. Например, в ИЭС в 1981 г. была ус-
тановлена принципиальная возможность сварки
сплава АМг6 (δ = 4 мм) непрерывным лазерным
излучением [4]. Использование защитной среды
гелия при мощности излучения 5 кВт позволило
на скорости 120 м/ч получить качественные кин-
жальные сварные швы, а по характеру и диспер-
сности микроструктура металла шва на сплаве
АМг6 была идентична металлу шва, полученному
при электронно-лучевой сварке. Достигнутый ре-
зультат был впервые отмечен среди лидеров ос-
воения лазерной сварки в промышленном произ-
водстве аэрокосмической техники.
Описанные исследования дали возможность в
наши дни выполнять сварку тавровых соединений
из сплава АМг6 с присадочной проволокой
СвАМг6 (диаметром 1,2…3,0 мм) при изготов-
лении стрингерных панелей. В этом случае к лис-
ту толщиной 8 мм двусторонними угловыми шва-
ми приваривали ребра жесткости толщиной 5 мм
при помощи излучения CO2-лазера мощностью до
5 кВт [5]. Для устранения остаточных сварочных
напряжений и деформаций использовали предва-
Рис. 1. Экспериментально полученные кривые зависимости
прочности металла шва от интенсивности сфокусированного
излучения при выполнении стыковых соединений [2]: 1 —
сталь 08кп (δ = 0,3+0,3 мм); 2 — титан (δ = 0,3+0,3 мм); 3 —
тантал (δ = 0,3+0,3 мм); 4 — ниобий (δ = 0,2+0,2 мм); 5 —
алюминий (δ = 0,3+0,3мм); 6 — никель (δ = 0,3 мм) и ниобий
(δ = 0,2 мм); 7 — ниобий (δ = 0,5+0,5 мм); 1–7 — сварка в
аргоне; 1′–7′ — сварка на воздухе
5/2013 53
рительное растяжение свариваемых элементов с
максимальным усилием до 750 кН. Было уста-
новлено, что в условиях проводившихся экспе-
риментов для получения качественных швов оп-
тимальная мощность излучения составляла
3,8…3,9 кВт. Определено также, что наиболее эф-
фективным является равномерное предваритель-
ное растяжение листа и ребер с усилием, ве-
личина которого находилась на уровне остаточ-
ных напряжений в шве, который выполнялся без
предварительного растяжения свариваемых эле-
ментов [6].
Проведенные технологические исследования
доказали эффективность и актуальность приме-
нения для сварки алюминиевых сплавов мощных
CO2-лазеров с непрерывным излучением. В связи
с этим в начале 1990-х годов в ИЭС им. Е. О.
Патона под руководством В. П. Гаращука был
создан CO2-лазер ЛТ-104 с ВЧ-накачкой мощ-
ностью излучения до 10 кВт [7]. Источник пи-
тания этого лазера был разработан в отделе, руко-
водимым В. Д. Шелягиным.
Дальнейшие эксперименты по сварке алюми-
ниевых сплавов стали проводиться с применением
этой установки. Так, в конце 1990-х годов были
исследованы особенности лазерной сварки алю-
миниево-литиевых сплавов 1410, 1420, 1460, а
также сплавов 1201, АМг6 и Д16 [8]. Возникший
интерес к сварке высокопрочных алюминиево-ли-
тиевых сплавов был вызван тем, что их приме-
нение в конструкциях позволяет уменьшить массу
последних на 10…15 %, что особенно актуально
при создании авиакосмической техники. Прове-
денные в ИЭС сотрудниками отделов № 7 (сварки
алюминиевых сплавов) и № 77 (лазерной сварки)
исследования показали, что при лазерной сварке
заготовок из указанных сплавов при толщине кро-
мок 2…5 мм ширина зоны термического влияния
уменьшается в 3-4 раза по сравнению со сваркой
дуговыми способами и на 10…20 % по сравнению
с электронно-лучевой сваркой [8]. При исполь-
зовании лазерной сварки наблюдаются меньшие
изменения химического состава металла швов
[9, 10].
Наиболее существенные достижения в области
сварки алюминиевых сплавов с применением ла-
зерного излучения были получены в результате
объединения лазерного и дугового источников
энергии [11]. Так, было показано, что повышение
тока дуги приводит к повышению скорости сварки
(рис. 2). Важным здесь является переход от срав-
нительно малых токов (в районе 100 А) к поро-
говому значению 130…150 А, после которого
достаточно небольшое увеличение тока приводит
к значительному увеличению скорости сварки. По
мнению авторов работы [11] это связано с по-
роговым значением поглощения лазерного излу-
чения, требующим достижения определенного
уровня плотности мощности. При превышении
порогового значения становится возможной ста-
бильная сварка алюминиевых сплавов. Для излу-
чения CO2-лазера этот порог соответствует плот-
ности мощности близкой к 3⋅106 Вт/см2. Очевид-
но, дуговой источник на токах свыше 150 А соз-
дает условия для лучшего поглощения сварочной
ванной лазерного излучения.
Эксперименты по гибридной лазерно-дуговой
сварке сплавов АМг5, АМг6, 1915 и технически
чистого алюминия с диапазоном толщин δ =
= 2…6 мм проводили с использованием элект-
родной проволоки СвАМг6 диаметром
1,0…1,2 мм в защите аргона [11]. Было установ-
лено, что эффект взаимного влияния лазерного
и дугового тепловых источников проявляется, в
первую очередь, в возможности значительного (в
2…4 раза) повышения скорости процесса. Также
важным аспектом явилось определение того, что
в случае гибридной сварки 1 кВт дуговой мощ-
ности способен заменить от 0,5 до 1,0 кВт мощ-
ности лазерного излучения. При этом качество
получаемых швов может приближаться к лазер-
ному.
Дальнейшие исследования в области лазерно-
дуговой сварки показали, что в сравнении с обыч-
ной МИГ сваркой гибридная сварка стыковых со-
единений из тонколистового сплава АМг6 (δ =
= 1,9 мм) способствует значительному уменьше-
нию поперечных остаточных деформаций и нап-
ряжений за счет шестикратного увеличения ско-
рости сварки (до 250…300 м/ч), 40%-го снижения
ее погонной энергии и двукратного уменьшения
сечения шва [12]. Установлено, что значения по-
перечных остаточных напряжений в околошовной
зоне при гибридной сварке не превышают
± 20 МПа, что в 4…5 раз меньше напряжений,
образующихся при МИГ сварке. Дополнительные
поперечные остаточные напряжения от остаточ-
ного изгиба образца находятся в пределах
Рис. 2. Зависимость скорости гибридной сварки сплава
АМг6 толщиной 2 мм от тока дуги при вложенной в металл
мощности излучения CO2-лазера 2,8 кВт [10]
54 5/2013
± 40 МПа, что в 2,0…2,5 раза ниже значений,
соответствующих МИГ сварке. Зона с продоль-
ными растягивающими остаточными напряжени-
ями сужается в 1,5 раза по сравнению с МИГ
сваркой.
Для случая гибридной сварки алюминиевых
сплавов путем совмещения действия лазерного из-
лучения с дуговой плазмой прямого действия в
ИЭС были проведены исследования лазерно-плаз-
менной сварки сплавов АМц, АМг3, АМг5м,
АМг6 толщиной 0,5…3,0 мм с использованием
присадочной проволоки СвАМг6 диаметром
1,2 мм и без нее. При этом использовали излу-
чение диодного лазера модели DF 020 HQ (Ро-
фин-Синар, Германия) мощностью до 2 кВт с
длинами волн 0,808/0,940 мкм и CO2-лазер ЛТ-
104 с длиной волны 10,6 мкм [7] (таблица). Было
установлено, что применение гибридной лазер-
но-плазменной сварки алюминиевых сплавов поз-
воляет в 2…4 раза повысить глубину проплав-
ления по сравнению с лазерной сваркой и при-
мерно также повысить скорость сварки по срав-
нению с плазменной [13]. При этом важным фак-
тором является использование явления катодной
очистки поверхности от оксидной плены. Времен-
ное сопротивление разрыву для полученных со-
единений составило 0,85…0,90 прочности основ-
ного металла, что превышает свойства аналогич-
ных соединений, выполненных дуговыми спосо-
бами сварки. Структуры сварных соединений, по-
лученных лазерно-плазменным способом, харак-
теризуются более мелкой дисперсностью металла
шва и узкой зоной сплавления по сравнению с
дуговыми способами сварки, что приближает их
к соединениям, полученным лазерным способом.
Помимо экспериментов по сварке проводили
исследования лазерно-дуговой наплавки алюми-
ниевых сплавов [14]. Была установлена возмож-
ность достижения качественного заплавления уз-
ких полостей в алюминиевых изделиях без их ме-
ханической разделки за счет фиксации электри-
ческой дуги на дне полости при помощи сфоку-
сированного лазерного излучения. Лазерно-дуго-
вая наплавка позволила устранить такие харак-
терные для дугового процесса недостатки, как на-
личие пор и несплавлений в нижней части зап-
лавляемых полостей, а также снизить перегрев
наплавляемых образцов.
В работе [15] было показано, что увеличение
глубины проплавления при лазерной сварке прямо
Режимы сварки, внешний вид лицевой части шва и поперечные макрошлифы стыковых и нахлесточного соединений
сплава АМг3 толщиной 1,5 мм, выполненных лазерной, плазменной и гибридной сваркой [12]
Режимы сварки
Внешний вид шва с лицевой стороны Поперечный макрошлиф
Р, Вт Iп/Iо, А
Скорость сварки 108 м/ч; лазер — диодный DF020HQ; диаметр сфокусированного пятна 1,2 мм;
заглубление фокуса 1,0 мм; напряжение плазменной дуги 20 В
2000 —
— 100/50
1000 50/50
1500 100/50
Скорость сварки 130 м/ч; СO2-лазер ЛТ-104; диаметр сфокусированного пятна 0,5 мм;
заглубление фокуса 1,0 мм; напряжение плазменной дуги 20 В
1500 — —
— 100/50
1000 60/50
Пр и м е ч а н и е . Р — мощность лазера; Iп/Iо — соотношение тока прямой и обратной полярности.
5/2013 55
пропорционально уменьшению длины волны из-
лучения. Как для лазерной, так и для плазменной
сварки в диапазоне скоростей 18…330 м/ч наб-
людается монотонное убывание глубины проплав-
ления с увеличением скорости процесса. Срав-
нение арифметической суммы глубин проплавле-
ния для лазерного и для плазменного процессов
с глубинами проплавления, полученного при гиб-
ридном лазерно-плазменном процессе, показало
наличие синергетического эффекта при одновре-
менной сварке в общую ванну лазерной и плаз-
менной составляющими (рис. 3). Этот эффект зак-
лючается в неаддитивном возрастании глубины
провара и демонстрирует преимущество гибрид-
ной сварки по сравнению со сваркой, осущест-
вляемой отдельно лазерным и плазменным спо-
собами.
Исследования гибридной лазерно-дуговой
сварки алюминиевых сплавов, при которой ис-
пользовалась дуга на плавящемся электроде, по-
казали, что интенсивность испарения отдельных
элементов из основного металла и электродной
проволоки, а также состав защитной газовой сре-
ды существенно влияют на прохождение лазер-
ного излучения к свариваемому металлу [16]. Ис-
пользование дуги в аргоне или высоком свароч-
ном токе приводило к экранированию излучения
и, как следствие, значительному уменьшению глу-
бины проплавления. Для устранения этого эффек-
та оказалось целесообразным применять для за-
щиты сварочной ванны смеси аргона с гелием
или чистый гелий, а также использовать импуль-
сную модуляцию лазерного излучения. При этом
гибридная сварка в диапазоне скоростей
30…60 м/ч позволила по сравнению с импуль-
сно-дуговой сваркой плавящимся электродом по-
высить в 1,8…2,6 раза скорость сварки металла
толщиной 6 мм, уменьшить в 1,3…1,6 раза теп-
ловложение в свариваемый металл и значительно
снизить деформации соединений толщиной 4 мм.
Исследование характера формирования сварных
швов позволило заключить, что при гибридной
сварке алюминиевых сплавов толщиной 6 мм и
более целесообразно применять лазерное излуче-
ние мощностью более 4 кВт.
В настоящее время проводятся исследования
интенсивности потерь легирующих элементов в
алюминиевых сплавах при их расплавлении в про-
цессе сварки с использованием лазерного или ла-
зерно-дугового источников нагрева. Установлены
области режимов лазерной и гибридной сварки,
при которых такие потери от испарения отрица-
тельно влияют на механические свойства соеди-
нений (рис. 4). Устранение этого недостатка пред-
ложено путем управления величиной энерговло-
жения, в том числе за счет применения импуль-
сной модуляции излучения и его сканирования,
использования гибридных лазерно-дуговых про-
цессов, газодинамических или плазмохимических
процессов внутри канала проплавления (напри-
мер, путем создания и применения систем защиты
с дифференцированной подачей газа непосредс-
твенно в парогазовый канал), а также процессов
легирования металла шва путем подачи приса-
дочных материалов.
Предложенный обзор отмечает достаточно вы-
сокий уровень исследований сварки алюминие-
вых сплавов с использованием лазерного излу-
чения, проводившихся в ИЭС им. Е. О. Патона
в разные годы. На сегодня такие исследования
продолжаются. Они включают разработку и соз-
дание более эффективных способов сварки для
изготовления тонкостенных корпусных конструк-
ций автомобилей, скоростных железнодорожных
Рис. 4. Влияние погонной энергии Eпог лазерной сварки спла-
ва АМг6 (δ = 1,2 мм) с плотностью мощности излучения Wp =
= 2⋅107 Вт/см2 на содержание легирующих элементов Э в
литом металле шва: 1 — лазерная сварка (Eпог = 50 Дж/мм);
2 — лазерная сварка (Eпог = 120 Дж/мм); 3 — основной
металл
Рис. 3. Зависимости глубины провара от скорости сварки
алюминиевого сплава АМг6 (δ = 1,0…3,0 мм): 1 — гибридная
лазерно-плазменная сварка; 2 — лазерная сварка; 3 — плаз-
менная сварка; 4 — сумма глубин проваров, полученных
лазерной и плазменной сваркой (P = 1,2 кВт; Iп/Iо = 50/50 А;
Uд = 18 В)
56 5/2013
вагонов, судов различного назначения, самолетов,
ракет и космической техники.
1. Рабкин Д. М. Металлургия сварки плавлением алюминия
и его сплавов. — Киев: Наук. думка, 1986. — 256 с.
2. Величко О. А., Гаращук В. П., Моравский В. Э. Лазерная
сварка стыковых соединений разнородных металлов //
Автомат. сварка. — 1972. — № 3. — С. 71–73.
3. Величко О. А., Гаращук В. П., Моравский В. Э. Зависи-
мость качества соединений от режимов лазерной сварки
// Там же. — 1973. — № 3. — С. 24–27.
4. Информационное письмо / АН УССР. Ин-т электросвар-
ки им. Е. О. Патона. — Киев, 1979. — № 37: Технологи-
ческие возможности лазерной сварочной установки
ЛТ1-5 / О. К. Назаренко, О. А. Величко, П. Ф. Аврамчен-
ко и др. — [4] с.
5. Аврамченко П. Ф., Молчан И. В. Сварка сплава АМг6
непрерывным лучом лазера // Автомат. сварка. — 1983.
— № 5. — С. 68–69.
6. Сварка тавровых соединений из алюминиево-магниево-
го сплава АМг6 излучением CO2-лазера / О. А. Величко,
П. Ф. Аврамченко, И. В. Молчан и др. // Там же. — 1987.
— № 6. — С. 34–37.
7. Технологический CO2-лазер ЛТ104 мощностью 10 кВт /
В. П. Гаращук, В. Д. Шелягин, О. К. Назаренко и др. //
Там же. — 1997. — № 1. — С. 36–39.
8. Особенности лазерной сварки высокопрочных алюми-
ний-литиевых сплавов / А. А. Бондарев, А. А. Болдин, В.
Д. Шелягин, В. П. Гаращук // Сварка и родственные тех-
нологии — в XXI век. — Киев, ноябрь 1998 г.: Тез. докл.
ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. — Киев, 1998. — 168 с.
9. Бондарев А. А., Бондарев Андр. А. Лазерная сварка алю-
миниевых сплавов (Обзор) // Автомат. сварка. — 2001.
— № 12. — С. 21–29.
10. Бондарев А. А., Бондарев Андр. А. Устройство защиты
фокусирующей линзы от напыления и нагрева при ла-
зерной сварке // Там же. — 2001. — № 12. — С. 70–73.
11. Гибридная лазерно-дуговая сварка углеродистых сталей
и алюминиевых сплавов / В. Д. Шелягин, В. Ю. Хаскин,
Т. Н. Набок и др. // Доп. НАН України. — 2005. — № 7.
— С. 97–102.
12. Остаточные напряжения в соединениях тонколистово-
го сплава АМг6, вызванные дуговой и лазерно-дуговой
сваркой / В. А. Шонин, В. С. Машин, В. Ю. Хаскин,
Т. Н. Недей // Автомат. сварка. — 2006. — № 9. —
С. 26–31.
13. Гибридная лазерно-плазменная сварка алюминиевых
сплавов / И. В. Кривцун, В. Д. Шелягин, В. Ю. Хаскин и
др. // Там же. — 2007. — № 5. — С. 49–53.
14. Хаскин В. Ю. Использование лазерно-дуговой наплавки
для заплавления полостей в алюминиевых сплавах // Там
же. — 2009. — № 2. — С. 41–45.
15. Hybrid laser-plasma and laser-arc welding of various alumi-
num alloys / I. V. Krivtsun, V. D. Shelyagin, V. Yu. Khaskin
et al. // Laser technologies in welding and materials proces-
sing. — Kyiv: E. O. Paton Electric Welding Institute NASU,
2009. — P. 47–49.
16. Особенности лазерно-дуговой сварки плавящимся элек-
тродом высокопрочных алюминиевых сплавов / В. Д.
Шелягин, В. Ю. Хаскин, В. С. Машин и др. // Автомат.
сварка. — 2009. — № 12. — С. 28–35.
Поступила в редакцию 25.01.2013
ОАО «ТУРБОАТОМ» ИЗГОТОВИЛО
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ КАХОВСКОЙ ГЭС
В марте 2013 г. ОАО «Турбоатом» предъявило заказчику и сдало под отгрузку
рабочее колесо и детали направляющего аппарата гидротурбины для Каховской ГЭС
№ 6 (Украина).
На Каховской ГЭС начата установка камеры рабочего колеса, после чего будут
смонтированы закладные части, нижнее и верхнее кольцо направляющего аппарата,
направляющий аппарат и другие узлы турбины. Специалисты «Турбоатома» также
выполнят шефмонтаж и пусконаладочные работы. Пуск гидроагрегата намечен на
2013 г.
На Каховской ГЭС осуществляется модернизация поворотно-лопастной гидро-
турбины с установкой нового экологически чистого рабочего колеса и направляющего
аппарата. После реконструкции мощность гидроагрегата возрастет с 51,8 до
54 МВт.
Это последний шестой гидроагрегат Каховской ГЭС, который модернизировал
«Турбоатом».
5/2013 57
|