Исследование лазерной сварки сплава AL-MG-LI с присадочной проволокой

Научная библиотека Комментарии к записи Исследование лазерной сварки сплава AL-MG-LI с присадочной проволокой отключены

Маликов А.Г., Голышев А.А., Витошкин И.Е // Актуальные проблемы в машиностроении.Том7. № 1-2. 2020

Целью данной работы было разработка устройства для подачи проволоки в процессе лазерной сварки.Исследование микроструктуры сварных соединений изAl-Liсплава,полученных,с присадочной проволокой из сплава АМг6,и без неё.Установлено,что при скорости подачи проволоки равной скорости перемещения лазерного излучения получаются качественные сварные швы.

По оценкам экспертов через 15 лет объем трафика авиационных перевозок увеличится вдвое, что приведет к увеличению выброса загрязняющих веществ в атмосферу. Одним из путей снижения выбросов самолетами загрязняющих веществ в атмосферу является применение в конструкции фюзеляжа и крыла самолета более лёгких и прочных материалов, а так же замена заклепочного соединения на технологию сварки.

При создании авиационно-космической техники широко применяются традиционные алюминиевые сплавы АМг5, АМг6 системы Al-Mg, Д16, 1163 системы Al–Cu–Mg. С развитием авиационно-космической промышленности, требования к легким и высокопрочным конструкциям становятся все выше и выше, чтобы увеличить полезную нагрузку и эффективность использования топлива. На сегодняшний день созданы высокопрочные алюминиево-литиевые сплавы (Al-Mg-Li, Al- Cu — Mg- Li, Al-Cu-Li), имеющие пониженную плотность по сравнению с традиционными алюминиевыми сплавами за счет применения лития при этом увеличивается жесткость прочность, коррозионная стойкость. Коррозионностойкие алюминиево-литиевые сплавы1420, 1424 (система Al-Mg-Li) являются наиболее перспективными сплавами для замены традиционных сплавов АМг6 и АМг5 (система Al-Mg).

Данные Al-Li сплавы относится к второму поколению. Изменяя соотношение Mg и Li в сплаве, а так же применяя специальную термомеханическую обработку, можно регулировать количество мелкодисперсных упрочняющих фаз δʹ(Al3Li) и тройных метастабильных фаз S1(Al2MgLi), тем самым изменять прочность и пластичность. С целью замены заклепочного соединения и тем самым снижения веса конструкции активно разрабатываются технологии сварки данных Al-Li сплавов, а так же их зарубежных аналогов. Сварка является жизненно важным процессом для соединения сплава Al-Li.

В последние годы электронно-лучевая сварка, сварка трением с перемешиванием и лазерная сварка представляют большую долю исследования сварки Al-Li сплавов. Основной целью исследований является изучение структуры и получение высоких механических характеристик сварных соединений, которые остаются низкими и составляют 0,60-0,85 от значений основного материала. Для увеличения прочность сварных соединений применяют методы пост обработки либо используют присадку. Целью работы является разработка устройства подачи проволоки, и проведение оптимизации лазерной сварки алюминиево-литиевого сплава 1420 системы Al-Mg-Li с применением присадочной и без нее, по энергетическим характеристикам лазерного воздействия без внешних дефектов в виде трещин, раковин, открытой пористости не проваров, подрезов, сварных соединений.

Материалы и методика эксперимента

В качестве Al-Li сплава был взят сплава 1420, в качестве проволоки использовался сплав АМг6. Исходный хим. состав сплавов приведен в таб.1. Таблица 1 Хим. состав алюминиевых сплавов (%, масса).

Разработка устройства для подачи проволоки

На рисунке 1 показана принципиальная схема устройства, для подачи проволоки которое включает мотор-редуктор, прижимное устройство для протяжки, устройство крепления барабана с проволокой. Мотор-редуктор постоянного тока за счет изменения напряжения от 1,5 до 5,5 В позволяет плавно регулировать скорость подачи проволоки в диапазоне 12-100 мм/с. Исследование лазерной сварки сплава Al-Mg-Li с присадочной проволокой*

Рис. 1. Принципиальная схема устройства, для подачи проволоки. 1- мотор–редуктор, 2-прижимное устройство для протяжки, 2- 3 -крепления барабана с проволокой

Результаты экспериментов На рисунке 3 показаны оптические фотографии изменения макроструктуры сварного шва в зависимости от различной скорости сварки, при мощности лазерного излучения 3кВт и заглубления фокуса -3 мм расход газа в сопле 5 л/мин. Диапазон изменения скорость сварки составлял 33,3-66,7 мм/с.

Как видно из рисунка 3 с уменьшением скорости сварки сварной шов увеличивает свой размер с ≈ 1,47 мм до 2,24 мм, наблюдается небольшая пористость сварного шва. Далее проводилось оптимизация параметров процесса лазерной сварки с присадочной проволокой, для получения сварных швов без внешних дефектов. На рисунке 4 показаны оптические фотографии изменения макроструктуры сварного шва в зависимости от различной скорости сварки и при подачи проволоки 33,3 мм/с, при постоянной мощности лазерного излучения 3кВт и заглубления фокуса – 3 мм от верхней границы листа.

Выводы

Разработано устройство, и методика применения проволоки из сплава АМг6, в сва- рочную ванну, формируемую с помощью лазерного излучения. Изучено микроструктура сварного шва полученного без и с использования проволоки. В результате применение про- волоки из сплава АМг6 при лазерной сварки Al-LI сплава, приводит к изменению микро- структуры сварного соединения.
 

Список литературы

 
1. Фридляндер И.Н. Создание, исследование и применение алюминиевых сплавов. – М.: Наука, 2013. – 291 с.
2. Rioja R.J., Liu J. The Evolution of Al-Li Base Products for Aerospace and Space Applications // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2012. – № 9. – P. 3325–3337.
3. Алюминий литиевые сплавы для самолетостроения / Л.Б. Хохлатова, Н.И. Колобнев, М.С. Оглодков [и др.] // Металлург. – 2012. – № 5. – С. 31–40.
4. Comparison of the microstructure and mechanical performance of 2A97 Al-Li alloy joints between autogenous and non-autogenous laser welding / J. Ning, L. Zhang, Q. Bai, X. Yin, J. Niu, J. Zhang // Materials and Design. – 2017. – Vol. 120. – P. 144–156.
5. Microstructure and mechanical properties of newly developed aluminum–lithium alloy 2A97 welded by fiber laser / B. Fu, G. Qin, X. Meng, Y. Ji, Y. Zou, Z. Lei // Materials Science and Engineering: A. – 2014. – Vol.
617. – P. 1–11. 6. Double-sided laser beam welded T-joints for aluminum-lithium alloy aircraft fuselage panels: Effects of filler elements on microstructure and mechanical properties / B. Han, W. Tao, Y. Chen, H. Li // Optics and Laser Technology. – 2017. – Vol. 93. – P. 99–108.
7. Xiao R., Zhang X. Problems and issues in laser beam welding of aluminum–lithium alloys // Journal of Manufacturing Processes. – 2014. – Vol. 16. – P. 166–175.
8. Oladimeji O.O., Taban E. Trend and innovations in laser beam welding of wrought aluminum alloys // Welding in the World. – 2016. – Vol. 60. – P. 415–457.
9. Голышев А.А., Маликов А.Г., Оришич А.М. Исследование микроструктуры высокопрочных лазерных сварных соединений алюминиево-литиевых сплавов авиационного назначения // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2018. – № 2. – С. 50–62.
 

Рекомендуем для Вас


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top