Лазерный мир

Заикина А.А., Колубаев А.В., Сизова О.В., Колубаев Е.А.// Опубликовано В сборнике: МЕХАНИКА, РЕСУРС И ДИАГНОСТИКА МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ XII международная конференция : Сборник материалов. 2018. С. 125.

Лазерная сварка относится к одному из способов соединения плавлением, но по сравнению с другими родственными процессами сварки отличается концентрированной и строго дозированной энергией. Специфической особенностью лазерной сварки алюминиевых сплавов является образование дефектов, обусловленных высокой теплопроводностью и жидкотекучестью алюминия. Это является серьезным фактором, сдерживающим внедрение процесса в промышленность. Известны различные методы воздействия на ванну расплава– это применение защитных атмосфер – газов аргона и гелия и введение легирующих присадок. В данной работе было проведено исследование качества сварных соединений пластин алюминиево-магниевого сплава АМг5 толщиной 3,0 мм, выполненных способом лазерной сварки в защитных газовых средах.

Для исследования был выбран термически неупрочняемый деформируемый алюминиево-магниевый сплав в отожженном состоянии. Сварку осуществляли с помощью CO2-лазера в среде аргона или смеси аргона и гелия в соотношении 1:1 при установленной мощности лазерного излучения 3,4 и 3,2 кВт соответственно. Качественный и количественный анализ микроструктуры изучали на металлографических оптических микроскопах и на сканирующем электронном микроскопе Philips SEM 515.

Одним из основных показателей качества процесса сварки является сохранение химического состава исходного материала в зоне сварного соединения, прежде всего легкоиспаряющихся элементов, таких как магний, марганец. Микроанализ состава сварного шва сплава AМг5М показал, что при лазерной сварке в выбранных защитных средах соблюдается идентичность элементного состава исходного металла и металла в зоне шва, т. е. в процессе сварки не происходит так называемого «выгорания» основных элементов, в частности магния. При сварке в среде аргона не удалось избежать образования структурных дефектов, таких как технологические поры и кристаллизационные трещины. Варьирование параметров процесса сварки, таких как мощность лазера и скорость сварки, не позволило исключить технологические поры полностью. Они расположились, главным образом, в верхней части сварного шва, средний размер их составил 0,6–1,7 мм. При защите сварного шва гелием и аргоном, при сохранении основных параметров сварки, получили значительно лучшую структуру материала шва, практически не содержащую технологических пор. Результаты испытаний на статическое растяжение показали, что все образцы разрушились по зоне сварного шва. Образцы, сваренные в защитной смеси газов аргона и гелия, обладали более высокой прочностью и пластичностью по сравнению с образцами, сваренными в среде аргона. При этом общий характер разрушения у образцов как сваренных в среде аргона, так и сваренных в среде гелия и аргона, был вязкий.

В результате выполненных исследований показано, что структура сварного шва сплава АМг5М, полученного лазерной сваркой, имеет зонное строение. К центральной зоне, состоящей из разориентированных кристаллитов, примыкает зона перехода к основному металлу, структура, которой представляет собой дендриты, вытянутые от линии сплавления в направлении центра шва. Кроме того, из-за термопластического эффекта на участке основного металла, примыкающего к шву, образуется зона термического влияния с отличной от основного металла структурой. Установлено, что разрушение образцов после испытаний на растяжение, обусловлено большим количеством крупных технологических пор.

Работа выполнена в рамках Программы фундаментальных исследований государственных академий наук на 2013–2020 гг. и при финансовой поддержке государства в лице Минобрнауки России (Соглашение № 14.607.21.0190, идентификатор проекта RFMEFI60717X0190).