Лазерный мир

Исследованы особенности перспективных технологий лазерной сварки (ЛС) и сварки трением с перемешиванием (СТП) высокопрочного алюминий-литиевого сплава В-1469, а также влияние режимов ЛС и СТП на структуру, механические и ресурсные характеристики его соединений. Установлено, что перспективные способы сварки обеспечивают высокие значения пластичности и ударной вязкости сварных соединений при уровне прочности не менее 0,8 от прочности основного материала, а также показатели малоцикловой усталости не менее 110 тыс. циклов. Результаты испытаний позволяют рассматривать технологии ЛС и СТП в качестве возможной альтернативы клепаным соединениям при создании неразъемных соединений высокопрочного алюминий-литиевого сплава В-1469 применительно к элементам фюзеляжа.

В настоящее время лазерная сварка (ЛС) широко применяется в авиастроении при изготовлении элементов планера. Вместе с тем встречаются отдельные публикации, патенты и информационные сообщения, описывающие возможность использования ЛС при изготовлении других авиационных деталей.

Оборудование дает возможность производить сварку лазерным лучом (два лазера СО2) панелей размером до 11х2,5 м и глубиной до 1 м (рис. 5). К тому же ЛС используется только в элементах фюзеляжа (и только в нижних панелях). Согласно исследованиям фирмы EADS, применение сварных конструкций в боковых и верхних панелях, а также в хвостовом оперении и крыльях не удовлетворяет требованиям по прочности при растяжении и сдвиге, что в конечном счете влияет на эксплуатационную безопасность самолета.

В работе [16] отмечено, что сварка обшивочно-стрингерных конструкций отличается жесткими требованиями к рабочему пространству и точности позиционирования — традиционные роботизированные системы малых и средних размеров не подходят для этой цели. Требования к техническим характеристикам и компоновке комплекса ЛС могут быть различны для разных видов деталей. Для изготовления панелей рекомендуется применение двухлучевой лазерной установки с 10 осями позиционирования, идеально подходящей для производственных целей (рис. 6). Данная установка оснащена промышленным компьютером, обеспечивающим реализацию технологии компенсации отклонений в процессе сварки. Преимуществами двухлучевой сварки являются сокращение ее продолжительности и минимизация сварочных деформаций.

Лазерную сварку проводили на установке LaserWeld 8R60 с местной защитой зоны шва аргоном. Сварку трением с перемешиванием осуществляли на модифицированном вертикально-фрезерном станке. В качестве инструмента для СТП применяли серийный инструмент производства АО «ВНИИАЛМАЗ» с диаметром заплечика 12 мм и длиной наконечника 1,6 мм. Данную операцию проводили по контролируемому заглублению инструмента в материал заготовок на 0,5 мм на титановой подкладке с формирующей канавкой. При подготовке поверхности перед СТП применяли химическое травление, а для нахлесточных соединений — шабрение места нахлеста.

Характеристики кратковременной прочности, статического угла изгиба и ударной вязкости определяли по ГОСТ 6996-66 и ГОСТ 1497-84. Исследование микроструктуры выполняли на микроскопе Le^ DM-IRM. Испытания на малоцикловую усталость (МЦУ) проводили на установке LFV -100 фирмы Walter + Bai AG по ГОСТ 25.502-79 (omax=157 МПа, коэффициент асимметрии ^0=0,1).

Результаты и обсуждение

Лазерную сварку листов выполняли в импульсном режиме, что позволило уменьшить тепловложение и стабилизировать процесс. В качестве присадочного материала выбрали проволоку марки Св-1221 диаметром 1,2 мм. Качество сварных соединений оценивали при визуальном осмотре формирования сварного шва, а также при проведении металлографического контроля.

Проведены отработка и выбор диапазонов технологических параметров для ЛС (максимальной и минимальной мощности лазерного луча в импульсном режиме, скорости сварки, фокусировки луча) стыковых соединений, обеспечивающих отсутствие сварочных дефектов и допустимое формирование шва по ГОСТ EN 4678-2016: мощность лазерного излучения Ж=1500-2500 Вт; скорость сварки Ксв=0,02-0,06 м/с; расфокусировка лазерного луча AF=0-40 мм.

По результатам варьирования значений технологических параметров одного и двух проходов ЛС в указанных диапазонах выбрано два режима, обеспечивающих оптимальное формирование сварного шва (рис. 8, а и б) и отличающихся погонной энергией (дп) (табл. 2).

Полное содержание на https://cyberleninka.ru/article/n/osvoenie-perspektivnyh-tehnologiy-svarki-vysokoprochnogo-alyuminiy-litievogo-splava-v-1469-primenitelno-k-elementam-fyuzelyazha