Сварка алюминиевого сплава EN AW-1050A высокомощным диодным лазером

Представлены результаты исследования процесса сварки высокомощным диодным лазером алюминиевого сплава AW-1050А. С использованием высокомощного диодного лазера ROFIN SINAR DL 020 получены стыковые соединения тонких алюминиевых листов. Определены механические свойства и структура соединений. Подтвер...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2006
Автори:	Климпель, A., Лисецки, А., Яницки, Д., Стано, С.
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/123456789/102804
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:	Сварка алюминиевого сплава EN AW-1050A высокомощным диодным лазером / А. Климпель, А. Лисецки, Д. Яницки, С. Стано // Автоматическая сварка. — 2006. — № 9 (641). — С. 53-56. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-102804
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1028042016-06-13T03:05:10Z Сварка алюминиевого сплава EN AW-1050A высокомощным диодным лазером Климпель, A. Лисецки, А. Яницки, Д. Стано, С. Производственный раздел Представлены результаты исследования процесса сварки высокомощным диодным лазером алюминиевого сплава AW-1050А. С использованием высокомощного диодного лазера ROFIN SINAR DL 020 получены стыковые соединения тонких алюминиевых листов. Определены механические свойства и структура соединений. Подтверждена возможность получения высококачественных соединений при сварке в широком диапазоне режимов. The paper presents the results of investigation of the process of welding AW-1050A aluminium alloy with a powerful diode laser. A powerful diode laser of ROFIN SINAR DL 020 was used to produce butt joints of thin aluminium sheets. Mechanical properties and structure of the joints have been determined. The possibility of producing high-quality joints has been confirmed in welding in a wide range of modes. 2006 Article Сварка алюминиевого сплава EN AW-1050A высокомощным диодным лазером / А. Климпель, А. Лисецки, Д. Яницки, С. Стано // Автоматическая сварка. — 2006. — № 9 (641). — С. 53-56. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102804 621.791.72 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 Климпель, A. Лисецки, А. Яницки, Д. Стано, С. Сварка алюминиевого сплава EN AW-1050A высокомощным диодным лазером Автоматическая сварка
description	Представлены результаты исследования процесса сварки высокомощным диодным лазером алюминиевого сплава AW-1050А. С использованием высокомощного диодного лазера ROFIN SINAR DL 020 получены стыковые соединения тонких алюминиевых листов. Определены механические свойства и структура соединений. Подтверждена возможность получения высококачественных соединений при сварке в широком диапазоне режимов.
format	Article
author	Климпель, A. Лисецки, А. Яницки, Д. Стано, С.
author_facet	Климпель, A. Лисецки, А. Яницки, Д. Стано, С.
author_sort	Климпель, A.
title	Сварка алюминиевого сплава EN AW-1050A высокомощным диодным лазером
title_short	Сварка алюминиевого сплава EN AW-1050A высокомощным диодным лазером
title_full	Сварка алюминиевого сплава EN AW-1050A высокомощным диодным лазером
title_fullStr	Сварка алюминиевого сплава EN AW-1050A высокомощным диодным лазером
title_full_unstemmed	Сварка алюминиевого сплава EN AW-1050A высокомощным диодным лазером
title_sort	сварка алюминиевого сплава en aw-1050a высокомощным диодным лазером
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2006
topic_facet	Производственный раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102804
citation_txt	Сварка алюминиевого сплава EN AW-1050A высокомощным диодным лазером / А. Климпель, А. Лисецки, Д. Яницки, С. Стано // Автоматическая сварка. — 2006. — № 9 (641). — С. 53-56. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT klimpelʹa svarkaalûminievogosplavaenaw1050avysokomoŝnymdiodnymlazerom AT liseckia svarkaalûminievogosplavaenaw1050avysokomoŝnymdiodnymlazerom AT ânickid svarkaalûminievogosplavaenaw1050avysokomoŝnymdiodnymlazerom AT stanos svarkaalûminievogosplavaenaw1050avysokomoŝnymdiodnymlazerom
first_indexed	2025-07-07T12:51:24Z
last_indexed	2025-07-07T12:51:24Z
_version_	1836992624334995456
fulltext	УДК 621.791.72 СВАРКА АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА EN AW-1050A ВЫСОКОМОЩНЫМ ДИОДНЫМ ЛАЗЕРОМ* А. КЛИМПЕЛЬ, А. ЛИСЕЦКИ, Д. ЯНИЦКИ, С. СТАНО (Силез. ун-т при Ин-те технологии и сварки, г. Гливица, Польская Республика) Представлены результаты исследования процесса сварки высокомощным диодным лазером алюминиевого сплава AW-1050А. С использованием высокомощного диодного лазера ROFIN SINAR DL 020 получены стыковые соединения тонких алюминиевых листов. Определены механические свойства и структура соединений. Подтверждена возможность получения высококачественных соединений при сварке в широком диапазоне режимов. К л ю ч е в ы е с л о в а : лазерная сварка, алюминиевый сплав, мощный диодный лазер, черный поглотитель, проплавление, микроструктура Благодаря своим механическим свойствам, низкой плотности, высокой коррозионной стойкости и хо- рошей пластичности алюминиевые сплавы широ- ко используются в качестве конструкционных ма- териалов в автомобильной, авиационной, хими- ческой и энергетической промышленности [1, 2]. За последние пять лет доля их применения в ав- томобильной промышленности превысила 80 %. Предполагается, что масса алюминиевых сплавов, используемых для изготовления одной панели ку- зовов автомобилей, возрастет с 110 (1996 г.) до 250…340 кг (к 2015 г.) (рис. 1). Стремительное развитие высокомощных моле- кулярных и твердотельных лазеров способствует тому, что автоматизированная и роботизирован- ная лазерная сварка соединений алюминиевых сплавов по качеству соединений и экономическим показателям является конкурентоспособной таким процессам сварки, как ТИГ, плавящимся элект- родом в среде защитного газа и плазменной дугой прямого действия в широком диапазоне толщины [1, 3, 4]. В основе процесса лазерной сварки лежит ин- тенсивное плавление контактной поверхности листов, свариваемых с помощью тепла, выделя- емого сфокусированным, сконцентрированным и высокомощным лазерным пучком [1, 4, 5 ]. Лазер как гибкий источник тепла с высокой (свыше 109 Вт/см2) плотностью мощности (интенсив- ностью) позволяет выполнять сварку с парогазо- выми каналами односторонних соединений лис- тов алюминиевых сплавов в диапазоне толщины от нескольких сотен миллиметров до 20 мм. Ме- ханические свойства полученных соединений не ниже, чем у основного металла, они недеформи- рованы, шов очень узкий, а зону термического влияния (ЗТВ) определить практически невозмож- но [1, 3, 5, 6]. Основными трудностями, возникающими при лазерной сварке алюминиевых сплавов, являются их высокая химическая активность, склонность к интенсивному окислению, высокая теплопровод- ность, склонность к пористости, потеря в процессе сварки легирующих элементов таких, как магний и цинк, и слабое поглощение энергии лазерного пучка. При маломощном лазерном пучке только 1 % лазерной энергии поглощается полирован- ной поверхностью алюминия [4, 5]. При сварке алюминиевых сплавов наиболее широко применяются твердотельные Nd:YАG- и молекулярные CO2-лазеры с длиной волны соот- ветственно 1,06 и 10,60 мкм [3–5]. Лазерная сварка алюминиевых сплавов без поглотителей, которые используются для увеличения поглощения повер- хностью соединения лазерной энергии, возможна только в случае применения технологии сварки с парогазовым каналом. Небольшие отклонения в размере пятна лазер- ного пучка Nd:YАG- и CO2-лазеров приводят к значительным изменениям глубины проплавления и появлениях других дефектов формы швов, а так- же повышают пористость металла шва, даже если устранены потенциальные источники поступле- ния водорода, являющегося основной причиной пористости швов в алюминиевых сплавах [3, 5]. © А. Климпель, А. Лисецки, Д. Яницки, С. Стано, 2006 Рис. 1. Показатели использования алюминиевых сплавов в автомо- бильной промышленности [2] * По материалам Второй международной конференции «Laser technologies in welding and materials processing», 23–27 мая 2005 г., пос. Кацивели, Крым, Украина. 9/2006 53 Высокомощные диодные лазеры (ВДЛ) с ди- апазоном излучения 800…900 нм используются при обработке материалов во многих областях промышленности. Они имеют ряд преимуществ по сравнению с молекулярными CO2- и твердо- тельными Nd:YАG-лазерами, особенно в плане более низких капиталовложений и расходов при эксплуатации [4, 6, 7]. Стандартные ВДЛ с плотностью мощности (интенсивности) пятна лазерного пучка 104…105 Вт/см2 размером в несколько квадрат- ных миллиметров могут использоваться только для сварки в режиме теплопроводности. С помощью специальной оптики для фокусировки и формиро- вания лазерного пучка можно создать кольцевое пятно диаметром 1 мм, что успешно используют, например, при получении сваркой с парогазовым каналом стыкового соединения сплава Al–3Mg тол- щиной 1,5 мм (мощность лазера Р = 1400 Вт и ско- рость сварки vсв = 0,32 м/мин), а также сплава Al- 1Mg толщиной 2 мм (P = 2300 Вт и vсв = = 0,35 м/мин) [6]. Рациональным решением явля- ется применение специальных поглотителей для увеличения поглощения энергии лазерного пучка поверхностью свариваемых листов [8]. В настоящей работе рассматривается сварка ВДЛ стыковых соединений алюминиевого сплава EN AW-1050A толщиной 0,8, 1,0 и 1,5 мм, име- ющего следующий химический состав, мас. %: 99,5 Al; 0,40 Fe; 0,25 Si; 0,05 Cu; 0,05 Mn; 0,05 Mg; 0,07 Zn; 0,05 Ti и 0,03 другие элементы. Опреде- лено влияние основных параметров лазерной свар- ки на механические свойства полученных соеди- нений (табл. 1). В исследованиях использовали ВДЛ типа ROFIN DL 020 (рис. 2) с максимальной выходной мощностью 2300 Вт. Пятно лазерного пучка раз- мером 3,8 6,8 мм сфокусировано на наружной стороне соединений, полученных при фокусном расстоянии 82 мм. Для позиционирования и пе- ремещения соединений и лазерной головки ис- пользовали систему автоматического позициони- рования CNC ISEL. Она состоит из трех линейных координатных столов, перемещающихся по осям x, y, z, и одного вращающегося позиционера, ко- торый приводится в действие четырехосевым сер- воконтроллером, подключенным к компьютеру через PC-плату. С целью обеспечения точного контроля положения лазерного пятна сварочную головку устанавливают на вертикальном столе по оси z. Непосредственно под лазерной головкой расположен крестовой стол с двумя координат- ными столиками для линейного перемещения по двум направлениям — вдоль осей x и y. Алю- миниевая установочная пластина прикреплена к крестовому столу с помощью специальной зажим- ной системы и графитовой подкладки, которая формирует и защищает корень шва. Технические характеристики ВДЛ Длина волны излучения, нм .................................. 808±5 Выходная мощность лазерного пучка (незатухающая гармоничная волна), максимальная, Вт ................................................... 2300 Мощность, Вт ......................................................... 100…2300 Фокусное расстояние, мм ...................................... 82/32 Размер лазерного пятна, мм .................................. 1,8 5,8/1,8 3,8 Интенсивность, кВт/см2 ......................................... 0,8…36,5 Испытания показали, что при сварке лазером с максимальной мощностью невозможно достичь полного проплавления стыкового соединения алюминиевого листа толщиной 0,8 мм с очищен- ной поверхностью. Для увеличения поглощения энергии лазерного пучка наружную сторону со- единения обрабатывали спиртовым раствором поглотителя черного цвета (производство «Pen- tel»). Определено, что при использовании погло- тителя поглощение энергии лазерного пучка по- верхностью соединений алюминиевых сплавов значительно увеличилось, что способствовало получению высококачественного соединения в широком диапазоне параметров режимов лазер- ной сварки. Перед выполнением лазерной сварки кромки свариваемых образцов для устранения ок- сидов подвергали механической очистке, а также обезжириванию, а затем на поверхность стыка на- носили черный поглотитель. Соединения алюми- ниевых листов длиной 200 мм сваривали лазером при разных значениях погонной энергии, скорости сварки и мощности лазера (табл. 2). Защиту сва- рочной ванны и всей зоны сварки обеспечивали струей аргона, которую подавали через цилинд- рические сопла диаметром 12 мм (постоянный расход газа составил 10 л/мин). Результаты ме- ханических испытаний, металлографического ана- Т а б л и ц а 1. Механические свойства стыкового соединения алюминиевого сплава EN AW-1050A, полученного лазерной свар- кой s, мм Уровень упрочнения σв, МПа σ0,2, МПа δ, % 0,8 Рекристаллизированный 105 75 4 1,0 105 75 4 1,5 Полутвердый 108 85 4 Рис. 2. Внешний вид экспериментальной установки для лазерной сварки алюминиевых сплавов с использованием ВДЛ ROFIN DL 020 54 9/2006 лиза и данные о микротвердости стыкового сое- динения представлены в табл. 2 и 3 и на рис. 3–6. Таким образом, результаты исследований про- цесса лазерной сварки с ВДЛ стыковых соединений листов алюминиевого сплава EN AW-1050A тол- щиной 0,8, 1,0 и 1,5 мм показали, что нанесение черного поглотителя на наружную поверхность стыка значительно увеличивает поглощение энергии лазерного пучка, благодаря чему можно получить качественные соединения в широком ди- апазоне параметров лазера (см. табл. 2 и рис. 6). В результате рекристаллизации зерен упрочнен- ного основного металла микротвердость металла ЗТВ существенно понизилась по сравнению с ос- новным, а пластичность металла ЗТВ и металла шва повысилась (рис. 3–5 и табл. 3). Во время испытания на растяжение разрушение образцов происходило в ЗТВ, временное сопротивление на растяжение составило около 70 % прочности ос- новного металла (табл. 3). Результаты испытаний на изгиб подтвердили высокую пластичность со- единений, выполненных как с лицевой стороны шва, так и со стороны корня шва (см. табл. 2). Для обеспечения механических свойств соедине- ний на уровне не ниже основного металла необ- Т а б л и ц а 2. Механические свойства стыковых соединений алюминиевого сплава EN AW-1050А, полученных лазерной свар- кой с использованием ВДЛ ROFIN DL 020 Р, кВт s, мм vсв, м/мин σв, МПа 1,5 0,8 1,10 73 1,7 1,65 78 2,5 1,85 74 2,5 2,63 73 1,5 1,0 0,80 80 1,8 1,35 83 2,5 1,30 72 2,5 1,90 75 2,0 1,5 0,70 85 2,3 1,00 82 2,5 0,85 84 2,5 1,25 85 Пр и м е ч а н и е . Результаты даны по среднему значению трех образцов, фокусное расстояние 82 мм, наружная сторона сое- динения покрыта черным поглотителем, угол изгиба от наруж- ной стороны шва и от корня составлял 180°, образец разрушался по ЗТВ. Т а б л и ц а 3. Микротвердость HV 0,2 стыковых соединений алюминиевого сплава EN AW-1050А s, мм Р, кВт vсв, м/мин Основной металл ЗТВ Точки (рис. 3) 1 2 3 4 5 6 0,8 1,5 1,10 33,6 36,4 37,1 27,1 25,8 26,6 1,7 1,65 35,6 34,5 20,2 22,3 18,4 20,4 2,5 1,85 37,1 36,4 33,6 23,0 24,9 24,5 2,5 2,63 39,4 37,1 35,6 21,9 21,0 20,4 1,0 1,5 0,80 38,6 37,1 40,2 29,6 28,0 30,7 1,8 1,35 42,0 39,4 38,6 27,1 26,6 24,9 2,5 1,30 42,9 42,0 37,1 26,6 28,5 27,1 2,5 1,90 43,8 42,0 38,6 30,7 28,5 28,0 1,5 2,0 0,70 39,4 36,4 23,0 24,9 22,6 25,3 2,3 1,00 37,1 38,6 36,4 27,1 25,8 27,1 2,5 0,85 40,2 40,2 27,1 29,6 29,0 28,0 2,5 1,25 45,8 41,1 37,8 28,5 28,5 28,0 Окончание табл. 3 s, мм Шов ЗТВ Основной металл Точки (рис. 3) 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0,8 25,3 28,5 28,5 25,8 26,6 26,2 22,6 24,5 35,6 21,9 21,3 23,0 23,4 23,4 25,3 26,2 35,6 38,6 28,5 28,0 25,8 26,2 22,3 22,6 28,5 37,1 37,1 29,6 27,1 26,6 24,5 29,6 22,3 33,6 37,1 37,1 1,0 29,0 31,2 29,0 28,5 29,0 26,6 24,9 35,6 37,1 26,6 23,7 24,1 27,1 25,3 24,5 22,3 38,6 42,0 29,6 29,0 29,0 27,1 27,1 27,1 24,9 40,2 37,1 33,0 30,7 30,1 31,2 29,6 28,0 42,9 43,8 38,2 1,5 25,3 26,6 26,6 27,1 25,8 25,3 39,4 42,0 42,9 27,6 26,6 26,6 29,6 26,2 25,8 23,4 42,0 40,2 28,0 24,9 27,6 27,6 27,6 27,6 26,2 37,1 42,0 28,0 27,1 26,2 29,6 26,6 28,0 24,9 39,4 42,0 9/2006 55 ходимо после лазерной сварки выполнить их термообработку [1]. Чтобы получить высокока- чественные стыковые соединения листов алюми- ниевого сплава, перед лазерной сваркой с ВДЛ следует обеспечить прецизионную подготовку кромок соединения и нанести черный поглотитель на наружную сторону шва, что позволит увели- чить поглощение энергии лазерного пучка. Ис- пытания стыковых соединений алюминиевых листов, полученных лазерной сваркой с исполь- зованием и применением активирующего флюса ActivaTec 500, предназначенного для сварки ТИГ, показали, что скорость сварки можно повысить на 30 %, однако качество соединений будет не- удовлетворительным из-за наличия в металле шва оксидных включений. 1. Welding Handbook. Materials and applications. Pt. I. — Ed. 8. — AWS. — 1996. — 3. — P. 257–306. 2. Recent development in aluminum alloys for the automotive industry / W. S. Miller et al. // Mater. Sci. & Eng. — 2000. — A280. — P. 37–49. 3. Pastor M., Zhao H., Martukanitz R. P., Debroy T. Porosity, underfill and magnesium loss during continuous wave Nd: YAG laser welding of thin plates of aluminum alloys 5182 and 5754 // Welding J. — 1999. — 78, № 6. — P. 207–216. 4. Klimpel A. Spawanie, zgrzewanie i ciecie metali. — Warsza- wa: WNT, 1999. 5. CO2 laser beam welding of aluminum 574-0 and 6111-T4 al- loys / S. E. Venkat, C. Albiglit, S. Ramasamy, J. P. Hurley // Welding J. — 1997. — 76, № 7. — P. 275–282. 6. Experiments relating to deep welding using a fibre-contact high-power diode laser / J. Bleidtner et al. // Welding & Cut- ting. Schweissen und Schnieiden. — 2000. — 52, № 4. — P. 78–83. 7. Klimpel A. Lasery diodowe duzej mocy w spawalnictwie // Przeglad Spawalnictwa. — 1999. — № 8. — P. 1–8. 8. Kuo M., Sun Z., Pan D. Laser welding with activating flux // Sci. and Technol. of Welding and Joining. — 2001. — 6, № 1. — P. 17–22. The paper presents the results of investigation of the process of welding AW-1050A aluminium alloy with a powerful diode laser. A powerful diode laser of ROFIN SINAR DL 020 was used to produce butt joints of thin aluminium sheets. Mechanical properties and structure of the joints have been determined. The possibility of producing high-quality joints has been confirmed in welding in a wide range of modes. Поступила в редакцию 26.01.2006 Рис. 3. Распределение микротвердости HV0,2 в поперечном сечении стыковых соединений листов из сплава алюминия EN AW-1050A толщиной 1 мм при P = 2,5 кВт и vсв = 1,9 м/мин Рис. 4. Микроструктура ( 200) ЗТВ стыкового соединения листов алюминиевого сплава EN AW-1050A толщиной 0,8 мм, полученного при P = 2,5 кВт и vсв = 0,4 м/мин (основной металл слева; травление реактивом Келлера) Рис. 5. Микроструктура ( 200) стыкового соединения листов алюми- ниевого сплава EN AW-1050A толщиной 1,5 мм при P = 2,5 кВт и vсв = 0,85 м/мин: а — ЗТВ; б — шов (травление реактивом Келлера) Рис. 6. Области оптимальных параметров режима для лазерной свар- ки стыковых соединений листов алюминиевого сплава EN AW-1050A толщиной 0,8, 1,0 и 1,5 мм при использовании ВДЛ ROFIN DL 0 20 (фокусное расстояние 82 мм, расход защитного газа 10 л/мин) 56 9/2006

Сварка алюминиевого сплава EN AW-1050A высокомощным диодным лазером

Репозитарії

Схожі ресурси