Свойства сварных соединений разнородных магниевых сплавов, выполненных с применением CO₂-лазера

Описаны результаты исследований по лазерной сварке разнородных магниевых сплавов. Была выполнена сварка изделий из групп сплавов MgAlZn (хрупкий) и MgAlMn (пластичный) с применением CO₂-лазера максимальной мощности 2,5 кВт. Получены швы без дефектов и с почти параллельными границами при заданной...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2006
Автори:	Калита, В., Колодзейчак, П., Квятковски, Л., Гробельны, М., Хоффман, Ж.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2006
Назва видання:	Автоматическая сварка
Теми:	Производственный раздел
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102689
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:	Свойства сварных соединений разнородных магниевых сплавов, выполненных с применением CO2-лазера / В. Калита, П. Колодзейчак, Л. Квятковски, М. Гробельны, Ж. Хоффман // Автоматическая сварка. — 2006. — № 7 (639). — С. 40-43. — Бібліогр.: 18 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-102689
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1026892016-06-13T03:04:25Z Свойства сварных соединений разнородных магниевых сплавов, выполненных с применением CO₂-лазера Калита, В. Колодзейчак, П. Квятковски, Л. Гробельны, М. Хоффман, Ж. Производственный раздел Описаны результаты исследований по лазерной сварке разнородных магниевых сплавов. Была выполнена сварка изделий из групп сплавов MgAlZn (хрупкий) и MgAlMn (пластичный) с применением CO₂-лазера максимальной мощности 2,5 кВт. Получены швы без дефектов и с почти параллельными границами при заданной скорости подачи защитного гелия и фокусном расстоянии пучка, установленном на поверхности металла. Анализ микростуктуры соединений, измерения распределения твердости и распределения элементов в поперечном сечении швов позволили определить изменения, обусловленные воздействием пучка и рекристаллизацией. Статические испытания предела прочности на растяжение позволили определить условия, при которых можно получить соединения с удовлетворительными механическими свойствами. Представлены также данные испытаний на коррозию при погружении. The paper presents the results of studies of laser welding of dissimilar magnesium alloys. Welding of products from MgAlZn (brittle) and MgAlMn (ductile) alloy groups was performed, using a CO₂-laser of the maximum power of 2.5 kW. Sound welds were produced with almost parallel boundaries at a set speed of shielding helium feed and focal distance of the beam positioned on the metal surface. Analysis of joint microstructure, measurement of hardness distribution and element distribution in the weld cross-section allowed determination of the changes due to the beam impact and recrystallisation. Static testing for ultimate tensile strength allowed determination of the conditions, at which joints with satisfactory mechanical properties can be obtained. Data on immersion corrosion are also given. 2006 Article Свойства сварных соединений разнородных магниевых сплавов, выполненных с применением CO2-лазера / В. Калита, П. Колодзейчак, Л. Квятковски, М. Гробельны, Ж. Хоффман // Автоматическая сварка. — 2006. — № 7 (639). — С. 40-43. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102689 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 Калита, В. Колодзейчак, П. Квятковски, Л. Гробельны, М. Хоффман, Ж. Свойства сварных соединений разнородных магниевых сплавов, выполненных с применением CO₂-лазера Автоматическая сварка
description	Описаны результаты исследований по лазерной сварке разнородных магниевых сплавов. Была выполнена сварка изделий из групп сплавов MgAlZn (хрупкий) и MgAlMn (пластичный) с применением CO₂-лазера максимальной мощности 2,5 кВт. Получены швы без дефектов и с почти параллельными границами при заданной скорости подачи защитного гелия и фокусном расстоянии пучка, установленном на поверхности металла. Анализ микростуктуры соединений, измерения распределения твердости и распределения элементов в поперечном сечении швов позволили определить изменения, обусловленные воздействием пучка и рекристаллизацией. Статические испытания предела прочности на растяжение позволили определить условия, при которых можно получить соединения с удовлетворительными механическими свойствами. Представлены также данные испытаний на коррозию при погружении.
format	Article
author	Калита, В. Колодзейчак, П. Квятковски, Л. Гробельны, М. Хоффман, Ж.
author_facet	Калита, В. Колодзейчак, П. Квятковски, Л. Гробельны, М. Хоффман, Ж.
author_sort	Калита, В.
title	Свойства сварных соединений разнородных магниевых сплавов, выполненных с применением CO₂-лазера
title_short	Свойства сварных соединений разнородных магниевых сплавов, выполненных с применением CO₂-лазера
title_full	Свойства сварных соединений разнородных магниевых сплавов, выполненных с применением CO₂-лазера
title_fullStr	Свойства сварных соединений разнородных магниевых сплавов, выполненных с применением CO₂-лазера
title_full_unstemmed	Свойства сварных соединений разнородных магниевых сплавов, выполненных с применением CO₂-лазера
title_sort	свойства сварных соединений разнородных магниевых сплавов, выполненных с применением co₂-лазера
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2006
topic_facet	Производственный раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102689
citation_txt	Свойства сварных соединений разнородных магниевых сплавов, выполненных с применением CO2-лазера / В. Калита, П. Колодзейчак, Л. Квятковски, М. Гробельны, Ж. Хоффман // Автоматическая сварка. — 2006. — № 7 (639). — С. 40-43. — Бібліогр.: 18 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT kalitav svojstvasvarnyhsoedinenijraznorodnyhmagnievyhsplavovvypolnennyhsprimeneniemco2lazera AT kolodzejčakp svojstvasvarnyhsoedinenijraznorodnyhmagnievyhsplavovvypolnennyhsprimeneniemco2lazera AT kvâtkovskil svojstvasvarnyhsoedinenijraznorodnyhmagnievyhsplavovvypolnennyhsprimeneniemco2lazera AT grobelʹnym svojstvasvarnyhsoedinenijraznorodnyhmagnievyhsplavovvypolnennyhsprimeneniemco2lazera AT hoffmanž svojstvasvarnyhsoedinenijraznorodnyhmagnievyhsplavovvypolnennyhsprimeneniemco2lazera
first_indexed	2025-07-07T12:41:44Z
last_indexed	2025-07-07T12:41:44Z
_version_	1836992015332540416
fulltext	УДК 621.791.72:621.375.826 СВОЙСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ РАЗНОРОДНЫХ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ, ВЫПОЛНЕННЫХ С ПРИМЕНЕНИЕМ CO2-ЛАЗЕРА* В. КАЛИТА (Ин-т фундаментальных технологических исследований ПАН, г. Варшава, Республика Польша), П. КОЛОДЗЕЙЧАК (Варшавский техн. ин-т, Республика Польша), Л. КВЯТКОВСКИ, М. ГРОБЕЛЬНЫ (Ин-т прецизионной механики, г. Варшава, Республика Польша), Ж. ХОФФМАН (Ин-т фундаментальных технологических исследований ПАН, г. Варшава, Республика Польша) Описаны результаты исследований по лазерной сварке разнородных магниевых сплавов. Была выполнена сварка изделий из групп сплавов MgAlZn (хрупкий) и MgAlMn (пластичный) с применением CO2-лазера максимальной мощности 2,5 кВт. Получены швы без дефектов и с почти параллельными границами при заданной скорости подачи защитного гелия и фокусном расстоянии пучка, установленном на поверхности металла. Анализ микростуктуры соединений, измерения распределения твердости и распределения элементов в поперечном сечении швов позволили определить изменения, обусловленные воздействием пучка и рекристаллизацией. Статические испытания предела прочности на растяжение позволили определить условия, при которых можно получить соединения с удовлетворитель- ными механическими свойствами. Представлены также данные испытаний на коррозию при погружении. К л ю ч е в ы е с л о в а : лазерная сварка, CO2-лазер, магние- вые сплавы, разнородные соединения, микроструктура, ме- ханические свойства, коррозионная стойкость Магниевые сплавы по сравнению с такими тра- диционными материалами, как сталь и сплавы алюминия, отличаются более пониженной плот- ностью, что вызвало повышенный интерес к ним со стороны автомобильной и авиационной про- мышленности. Разработка новых магниевых спла- вов с механическими свойствами, подобными тра- диционным материалам [1], позволяет исполь- зовать их в качестве деталей для литья [2]. Бла- годаря снижению массы и потреблению топлива оказалось возможным полностью удовлетворить требования по защите окружающей среды [3] и безопасности перевозки [4]. Однако изготовление и обработка листовых элементов и облегченных мо- дульных конструкций все еще находятся в стадии разработки. В связи с этим особое внимание уде- ляется лазерной сварке магниевых сплавов [5–18]. Большинство исследований, проводимых до насто- ящего времени, касалось сварки однородных спла- вов, однако для расширяющейся области примене- ния заготовок специального раскроя представляет интерес лазерная сварка разнородных сплавов [5]. В процессе экспериментов прутки из литых магниевых сплавов АМ50 и AZ91 (см. таблицу) подвергали механической обработке. Толщина пластин составляла 4,5 мм, ширина 50 мм и длина свариваемых кромок 100 мм. Стыковую сварку пластин однородных и раз- нородных сплавов выполняли с помощью CO2- лазера с быстрым аксиальным потоком газа и мо- дой пучка, близкой к TEM10, сфокусированного до диаметра 0,25 мм с помощью линз из ZnSe размером 5′′. Присадочный металл не использо- вался. Были выбраны следующие оптимальные ус- ловия сварки: мощность лазера 2,0 кВт, скорость сварки 4 м/мин, фокусное расстояние пучка — на лицевой стороне пластин (выбрано после оценки влияния фокусного расстояния на форму шва). За- щиту лицевых сторон обеспечивали подачей гелия со скоростью 15 л/мин через сопло диаметром 4 мм, нижних — обдувкой аргоном. Микроструктуру и твердость профилей опре- деляли по поперечному сечению, перпендикуляр- ному направлению сканирования пучка, а также параллельному лицевой стороне вдоль шва. Для того чтобы установить любые изменения, вызван- ные воздействием лазерного пучка (например, ис- парение материала и конвекция), провели анализ распределения основных элементов с помощью рентгеновского микрозонда. Механические свойс- тва соединений определяли с помощью испытаний на стенде «Инстрон», предназначенном для ста- тических испытаний основных сплавов и швов на растяжение. С помощью сканирующего элек- © В. Калита, П. Колодзейчак, Л. Квятковски, М. Гробельны, Ж. Хоффман, 2006 Сплав Легирующие элементы, мас. % Al Mn Zn АМ50 5 0,3 0,2 AZ91 9 0,17 0,7 * По материалам Второй международной конференции «Laser Technologies in Welding and Materials Processing», 23–27 мая 2005 г., пос. Кацивели, Крым, Украина. 40 7/2006 тронного микроскопа получены изображения раз- рушений изделий для сравнения с растяжениями по основному металлу. Сварные образцы выдер- живали в нейтральном растворе 0,15 M NaCl в течение 22 дней. После трехдневной выдержки водородный показатель pH изменился приблизи- тельно на 11 ед. и оставался стабильным до конца эксперимента. Макроструктура стыковых сварных соедине- ний однородных и разнородных сплавов приве- дена на рис. 1. Границы зоны сплавления (ЗС) практически параллельны и коэффициент формы шва (отношение толщины пластины к средней ши- рине ЗС) достаточно высок. Это означает, что со- единение формируется благодаря эффекту узкого парогазового канала при проникновении пучка. Поры в основном материале отсутствуют и после сварки в ЗС они практически не наблюдаются. Трещины также не обнаружены. Благодаря необходимому времени излучения, которое в первом приближении определяется как отношение диаметра пучка к скорости сварки (менее 4 мс), и быстрому затвердеванию ЗС ха- рактеризируется значительным измельчением зе- рен (рис. 2). Резкий переход от основного металла к ЗС при незаметном направлении затвердевания на границах этих зон может свидетельствовать об отсутствии ЗТВ, что, в свою очередь, можно легко определить, например, в соединениях из стали или сплавов алюминия. Измерения распределения твердости в попе- речном направлении соединений (перпендикуляр- но направлению сварки) показали значительное повышение твердости в ЗС по сравнению с ос- новным металлом (рис. 3). Такие результаты свя- заны не только с высоким измельчением зерен в шве, но и с увеличением выделения вторичных фаз по границам зерен и появлением интерме- Рис. 1. Макроструктура стыковых сварных соединений: а — AZ91–AZ91; б — AM50–AM50; в — AM50–AZ91 Рис. 2. Микроструктура перехода от ЗС к основному металлу в соединении из разнородных сплавов AM50–AZ91: а — AM50 слева от ЗС; б — AZ91 справа 7/2006 41 таллидных соединений. Некоторые из этих фак- торов требуют дальнейших исследований. Для определения изменений в химическом сос- таве материалов, вызванных воздействием пучка, выполнены измерения распределения элементов с помощью рентгеновского микрозонда. Установ- лено, что благодаря очень низкой температуре ки- пения магния по сравнению с алюминием, про- центное содержание магния в соединениях одно- родных сплавов слегка понизилось из-за его ис- парения. Кривые напряжение–деформация соединений однородных сплавов и основных металлов при- ведены на рис. 4. Было отмечено, что разрушение сварных образцов всех сплавов появляется вдали от границ ЗС — в области основного металла. Как и предполагалось, соединения однородных сплавов имеют меньшее относительное удлинение при разрушении, чем основной металл. Однако значения растягивающего напряжения разные: для соединения АМ50–АМ50 напряжение разрыва меньше, а для AZ91–AZ91 больше, чем для об- разцов из основного металла. В соединениях раз- нородных сплавов образцы разрушаются со сто- роны AZ91, но и далеко от ЗС. Сравнение кривых напряже- ние – деформация для всех сварных соединений приведено на рис. 5. Согласно предполо- жениям, значение относитель- ного удлинения при разру- шении разнородных соедине- ний находится между значени- ями для соединений из хрупко- го сплава AZ91 и пластичного АМ50. Поскольку разрушение свар- ных образцов происходит вдали от ЗС, то изображения поверх- ностей разрушения изделий из основного металла и образцов с соединениями, выполненны- ми с помощью СЭМ, не отли- чаются между собой. Для определения коррозионных характеристик сварных соединений проведены испытания свар- ных образцов на коррозию (рис. 6) при погру- жении на 22 дня в раствор 0,15 M NaCl. Изменения внешнего вида на лицевой и обратной сторонах образцов аналогичны, поэтому на рисунке пред- ставлена только лицевая сторона. Видно, что меж- ду разнородными сплавами образуется гальвани- ческая пара. Часть образца, выполенная из AZ91, Рис. 3. Распределение твердости в поперечном направлении соеди- нений на разнородных сплавах, измеренное на расстоянии 1,5 мм от лицевой поверхности Рис. 4. Диаграммы напряжение–деформация соединений однородных сплавов: а — AM50; б — AZ91: 1 — основной металл; 2 — соедине- ние Рис. 5. Диаграмма напряжение–деформация соединений однородных и разнородных сплавов: 1 — AZ91–AZ91; 2 — AZ91–AM50; 3 — AM50-AM50 Рис. 6. Внешний вид прокорродированных поверхностей: а — после извлечения из раствора; б — после удаления продуктов коррозии, появившихся в результате травления с помощью H2SO4 42 7/2006 защищена и имеет лучшее состояние поверхности, чем у образца пары AZ91–AZ91. При этом АМ50 выполняет функцию защитного электрода. Отме- ченные результаты заслуживают внимания в связи с тем, что получены в условиях незначительного различия в потенциалах электродов гальваничес- ких пар. В результате дополнительных исследо- ваний [18] получены следующие результаты: для AZ91 Eкор = –1,5473, для AМ50 — –1,5826 В (по сравнению с нормальным электродом сравнения). Разница составляет приблизительно 35 мВ, что не считается чрезвычайно высоким показателем для электрохимической коррозии (обычно преде- лом считается 50 мВ). В заключение следует отметить, что сварка CO2-лазером однородных и разнородных магни- евых сплавов с одинаковыми режимами (для плас- тины толщиной 4,5 мм: мощность лазера 2 кВт, скорость 4 м/мин, защита — гелий, фокусное рас- стояние на лицевой стороне) позволила получить приблизительно одинаковые коэффициенты фор- мы шва в ЗС практически с отсутствием порис- тости и трещин. ЗТВ и направление затвердевания на границах ЗС не определяли. Во всех случаях наблюдается высокое измель- чение зерен и выделения вторичных фаз в ЗС, что повышает твердость в этих зонах. При статических испытаниях на растяжение разрушение происходит далеко от шва (в основ- ном металле). В шве из разнородных сплавов — со стороны хрупкого сплава AZ91. Обнаружено, что пластические свойства образцов со швами ху- же, чем свойства исходных материалов. Результаты испытаний на коррозию погру- жением, выполненные в растворе 0,15 M NaCl, показали, что сварка разнородных магниевых сплавов (в данном случае AZ91–АМ50) повышает склонность к электрохимической коррозии, даже если разность значений потенциалов электрода не- велика. Влияние самого шва весьма незначитель- но. Для уточнения результатов требуются даль- нейшие исследования. 1. Friedrich H., Schumann S. Research for a «new age of mag- nesium» in the automotive industry // J. Mater. Proc. Tech- nol. — 2001. — 117. — P. 276–281. 2. Longworth S. J. P. The bolting of magnesium components in car engines: Diss. for University of Cambridge, 2001. 3. Aghion E., Bronfin B., Eliezer D. The role of the magnesium industry in protecting the environment // J. Mater. Proc. Tec- hnol. — 2001. — 117. — P. 381–385. 4. Mordike B. L., Ebert T. Magnesium. Properties — applicati- ons — potential // Mater. Sci. and Eng. — 2001. — A302. — P. 37–45. 5. Weishait A., Galun R., Mordike L. CO2-laser beam welding of magnesium-based alloys // Welding J. — 1998. — 77, № 4. — P. 149–154. 6. Draugelates U., Schram A., Kettler C. Joining of magne- sium alloys // Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. — 1999. — 30, № 10. — S. 623–627. 7. CO2-laser welding of magnesium alloys / M. Dhahri, J. E. Masse, J. F. Mathieu, G. Barreau et al. // SPIE «High-power lasers in manufacturing». — 2000. — 3888. — P. 725–732. 8. Laser weldability of WE43 magnesium alloy for aeronautic industry / M. Dhahri, J. E. Masse, J. F. Mathieu et al. // Proc. of the LANE 2001, Aug. 28–31, 2001, Erlangen, Germany. — P. 297–310. 9. Zhao H., DebRoy T. Pore formation during laser beam wel- ding of die-cast magnesium alloy AM60B — mechanism and remedy // Welding Res. Suppl. — 2001. — P. 204–210. 10. Sun Z., Wei J., Pan D., Tan Y. K. A comparative evaluation on microstructures in TIG and laser welded AZ31 magnesi- um alloy // SIMTech Technical Report, PT/01/ 008/JT. — 2001. — P. 1–8. 11. Laser beam welding of magnesium alloys — new possibiliti- es using filler wire and arc welding / H. Haferkamp, M. Goede, A. Bormann, P. Cordini // Proc. of the LANE 2001, Aug. 28–31, 2001, Erlangen, Germany. — P. 333–338. 12. Welding and weldability of AZ31B by gas tungsten arc and laser beam / S. Lathabai, K. J. Barton, D. Harris et al. // Proc. of the Magnesium Technology conf. 2003, March 2–6, 2003, San Diego. — P. 157–162. 13. Watkins K. G. Laser welding of magnesium alloys // Ibid. — P. 153–156. 14. Stern A., Munitz A., Koln G. Application of welding techno- logies for joining of Mg alloys. Microstructure and mechani- cal properties // Ibid. — P. 163–170. 15. Kalita W., Kolodziejczak P., Pokhmurska. H. Welding of Mg-based alloy AM20 by CO2-laser beam. // Proc. Intern. conf. on «Laser Technologies in Welding and Materials Pro- cessing», May 19–23, 2003, Katsiveli, Ukraine. — P. 214– 216. 16. Dasgupta A. K., Mazumder J. Laser welding of AM60 mag- nesium alloy // Proc. of the Magnesium Technology conf. 2004, March 14–18, 2004, Charlotte, USA. — P. 43–48. 17. Laser welding of magnesium-based alloys of MgAlZn group / P. Kolodziejczak, W. Kalita, J. Hoffman, A. Kolasa // Adv. in Manufacturing Sci. and Technol. — 2004. — 28, № 4. — P. 45–53. 18. Properties of the butt-welded joints of CO2-laser welded Mg alloys / W. Kalita, P. Kolodziejczak, L. Kwiatkowski, J. Hof- fman // Proc. of the LANE 2004, Sept. 21–24, 2004, Erlan- gen, Germany. — Vol. 1. — P. 317–328. The paper presents the results of studies of laser welding of dissimilar magnesium alloys. Welding of products from MgAlZn (brittle) and MgAlMn (ductile) alloy groups was performed, using a CO2-laser of the maximum power of 2.5 kW. Sound welds were produced with almost parallel boundaries at a set speed of shielding helium feed and focal distance of the beam positioned on the metal surface. Analysis of joint microstructure, measurement of hardness distribution and element distribution in the weld cross-section allowed determination of the changes due to the beam impact and recrystallisation. Static testing for ultimate tensile strength allowed determination of the conditions, at which joints with satisfactory mechanical properties can be obtained. Data on immersion corrosion are also given. Поступила в редакцию 26.01.06 7/2006 43

Свойства сварных соединений разнородных магниевых сплавов, выполненных с применением CO₂-лазера

Репозитарії

Схожі ресурси