Для отправки ваших публикаций, пожалуйста, зарегистрируйтесь.

Если Вы уже зарегистрированы, то авторизуйтесь на сайте.


  1. Вход или регистрация
  1. Подписка

Исследование лазерной сварки сплава Al-Mg-Li с присадочной проволокой*
18 июня 2020             

А.Г. МАЛИКОВ, с.н.с., канд. техн. наук; А.А. ГОЛЫШЕВ, н.с., канд. физм.-мат. наук; И.Е. ВИТОШКИН, лаборант (ИТПМ СО РАН, г. Новосибирск); Маликов А.Г. – 630090, г. Новосибирск, ул. Институтская, д. 4/1, Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, e-mail: smalik@ngs.ru
 

Введение

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).
 
Наименование сплава Mg Li Zn Zr Mn Ti Fe
1420 система Al-Mg-Li  5,8-6,2  1,8-2,2  0,05  0,01  0,1-0,25 -  -
АМг6 система Al-Mg  5,8-6,2  -  0.02  -    0,02  0,4
 
Лазерная сварка производилась на АЛТК “Сибирь-1. Схема сварки, состав комплекса и подготовка образцов к сварке и методика исследования образцов показана в нашей работе.
 

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
 
 
На рисунке 2 показано изображение разработанного сварочного резака, который включает устройство крепления проволоки, регулируемое по высоте, выносу проволоки и углу подачи, сопло для защиты сварного шва от окисления, систему фокусировки лазерного излучения. Устройство крепление проволоки позволяет точно устанавливать проволоку вместо фокусировки лазерного излучения.
 
 
Исследование лазерной сварки сплава Al-Mg-Li с присадочной проволокой*
Рис. 2. Изображение сварочной головки 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.
 
 
Исследование лазерной сварки сплава Al-Mg-Li с присадочной проволокой* Исследование лазерной сварки сплава Al-Mg-Li с присадочной проволокой* Исследование лазерной сварки сплава Al-Mg-Li с присадочной проволокой*
Рис. 3. Оптическая микроструктура поперечного сечения сварного шва без проволоки
при различной скорости сварки.
а) 66,7мм/с, б) 50 мм/с, в) 33,3 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.
 
 
Исследование лазерной сварки сплава Al-Mg-Li с присадочной проволокой* Исследование лазерной сварки сплава Al-Mg-Li с присадочной проволокой* Исследование лазерной сварки сплава Al-Mg-Li с присадочной проволокой*
Рис. 4. Оптическая микроструктура поперечного сечения сварного шва с проволокой
при различной скорости перемещения лазерного излучения.
а) 66,7мм/с, б) 50 мм/с, в) 33,3 мм/с.
 
 
Как видно из рисунка 4 (а, б) при высоких скоростях перемещения лазерного излучения наблюдается пористость. При скорости сварки равной скорости подачи проволоки наблюдается качественный сварной шов. В результате оптимальные энергетические параметры лазерного воздействия для получения без внешних дефектов сварных соединений без проволоки и с присадочной проволокой составили:
мощность 3 кВт, скорость сварки 66,7мм/с (без проволоки);
мощность 3 кВт, при скорости подачи проволоки 33 мм/с скорость перемещения лазерного излучения 33,3 мм/с (с проволокой). Положение фокальной позиции относительно верхней границы листа составила -3 мм для обоих видов сварки.
 

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.
 
Актуальные проблемы в машиностроении. Том 7. № 1-2. 2020 ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Обсудить статью на Форуме Машиностроителей






Комментариев пока нет
{c_navigation}

Написать комментарий

Другие публикации по теме





Автоматизация промышленных предприятий Автоматизация промышленных предприятий
Диспетчеризация производства, идентификация и прослеживаемость, управление КПЭ (KPI)...
(495) 662-43-70
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси). Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Промышленное оборудование и инструмент
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Chicago Pneumatic (Чикаго Пневматик), Fuji (Фуджи), Desoutter, Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси), Korloy (Корлой), Seco tools, SGS tools, Onsrud, Fette, Guhring и пр. Оборудование для маркировки. Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Фаскосниматели (фаскорезы, кромкорезы), ручные фрезеры по металлу. Пневмодвигатели (пневматические двигатели, пневмомоторы).
(495) 668-13-58
ИРОК-2М. Купить. Инструкция.
Инструмент ИРОК-2М от производителя. Купить. Скачать инструкцию и другие документы. Прочий электромонтажный инструмент и электрокомпоненты.
(495) 668-13-58 доб. 4
Реклама на сайте и-Маш Реклама на сайте и-Маш      
pr()i-mash.ru