Лазерный мир

Ю. А. Азизов*, И. С. Волков, Е. С. Рассадников // Секция «Сварка летательных аппаратов и родственные технологии» В сборнике: Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Сборник материалов IX Международной научно-практической конференции, посвященной Дню космонавтики. В 3-х томах. Под общей редакцией Ю.Ю. Логинова. Красноярск, 2023. С. 574-576.

Алюминий и его сплавы широко применяются в различных отраслях. Этот конструкционный материал отличается повышенной прочностью, стойкостью к коррозионному воздействию. Но у него есть существенный недостаток – он плохо поддается свариванию. Лазерная сварка алюминия – оптимальный способ соединения изделий.

Повышение требований к сварным соединениям при производстве ответственных изделий аэрокосмической техники типа оболочковых конструкций, выполняемых из алюминиевых сплавов, таких, как АМг6 и 1420, ставит ряд проблем, которые связаны с физико- химическими свойствами материалов и создает неблагоприятные условия для сварки, увеличивает вероятность образования дефектов типа пор, горячих трещин и оксидных включений в металле шва и околошовной зоне. При сварке воздействие высокой температуры приводит к возникновению значительной усадки, а также высокий коэффициент линейного расширения алюминия, приводят к существенным остаточным напряжениям и деформациям. Это увеличивает вероятность искажения габаритных размеров конструкции (закручивание, укорочение, местное вспучивание), снижая ее технологичность и эксплуатационные показатели [1].
Металлургические особенности сварки алюминиевых сплавов плавлением связаны с образованием оксидной пленки, взаимодействием с газами окружающей среды, нтенсивностью испарения легирующих элементов и особенностями кристаллизации в условиях сварочного процесса. Оксидная пленка имеет коэффициент термического расширения в 3 раза меньше чем алюминий и при нагревании образует трещины. Присутствующие в сплавах легирующие компоненты, особенно магний, приводят к возникновению сложной оксидной пленки, более рыхлой, гигроскопичной и с ухудшающимися защитными свойствами. У нее появляются повышенная способность адсорбировать водяные пары и газы из окружающей среды. Кроме того, пленка оксида имеет температуру плавления 2050ᵒС и при сварке не расплавляется, препятствует образованию общей ванны, а при дуговой сварке может замешиваться в жидкий металл. В результате происходит насыщение металла неметаллическими включениями и газами. Кроме того, способы и режимы сварки определяют кристаллическую структура металла шва и околошовной зоны, что в конечном итоге сводится к влиянию на механические свойства соединений [2].
Рассмотренные трудности сварки алюминия и сплавов на его основе в большинстве случаев устраняются при применении концентрированных источников энергии, в частности лазерного и электронного лучей.

Одним из преимуществ лазерного луча является получение швов с минимальным размером расплавленной зоны и как следствие уменьшение зоны термического влияния и уменьшение сварочных напряжений и деформаций.
Наиболее благоприятная форма шва обеспечивается оптимальным подбором режимов сварки. Как видно из рис.1 при толщине пластины 2,0 мм наилучшая форма шва достигается при скорости сварки более 80м/ч. С увеличением мощности и глубины проплавления ширина шва увеличивается незначительно.

Структурные изменения, пористость швов, уменьшение зоны термического влияния в целом повышают механические свойства полученных сварочных швов.
Представленные результаты лазерной сварки получены с использованием излучения СО2- лазера и газовой защиты, аргоном и гелием.

Разработка технологии лазерной сварки с применение флюсовой защиты позволяет еще больше снизить пористость швов, исключить попадание оксидных включений в сварочную ванну, улучшить структуру швов, повысить механические свойства.

Применение лазерной сварки позволяет существенно повысить качество сварных швов, особенно по сравнению с дуговыми способами. Поэтому решение вопроса по применению лазерной сварки должен решаться проведением всестороннего технико-экономического анализа, рассмотрением альтернативных технологий в динамике их развития и с учетом развития лазерной технологии [4].

Полное содержание на https://www.elibrary.ru/item.asp?selid=55865405&id=55862542