Разработка метода лазерной сварки алюминиевых сплавов по слою флюса

• Автор: Ворончук, Сергей Дмитриевич
• Шифр специальности: 05.03.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 154 с. : ил.

Оглавление
Введение
1. Современное состояние вопроса сварки конструкций из алюминиевых сплавов
1.1. Проблемы сварки плавлением алюминия и его сплавов
1.2. Выбор способа сварки, обоснование перехода на лазерную сварку
1.3. Лазерная сварка алюминиевых сплавов и ее особенности
1.4. Методы повышения эффективности лазерной сварки
2. Исследования и выбор компонентов основы флюса для С02-лазерной сварки алюминиевых сплавов
2.1. Выбор компонентов флюса с высоким коэффициентом поглощательной способности и низкими коэффициентами отражения и пропускания излучения (X = 10,6 мкм)
2.2. Выбор компонентов флюсов, наиболее активно взаимодействующих с поверхностью деталей из алюминиевых сплавов
2.3. Выбор компонентов для создания флюсов с оптимальным значением коэффициента поверхностного натяжения
2.4. Определение состава флюса для лазерной сварки алюминиевых сплавов систем А1-К и АНУ-Ы
3. Технологические особенности лазерной сварки по
слою флюса сплавов систем А1-:1% А1-Ь-Ы
3.1. Влияния способа подачи исследуемого состава на эффективность проплавления алюминиевого сплава
3.2. Влияние флюса на допуск отклонений сборочных операций
3.3. Режимы и их влияние в процессе лазерной сварки алюминиевых сплавов по слою флюса
4. Исследование влияния флюса на свойства сварных соединений сплавов систем А1-М§ и А1-1%-Ы
4.1. Формирование структуры и образование оксидных включений в сварных швах сплавов АМгб и 1420
4.2. Порообразование сварных соединений сплавов АМгб и 1420
4.3. Склонность сварных соединений сплавов АМгб и 1420 к образованию горячих трещин при сварке
4.4. Коррозионная стойкость и механические свойства сварных соединений сплавов АМгб и 1420
Общие выводы и результаты работы
Литература
Приложения

Введение
Контроль сварных соединений из алюминиевых сплавов крупногабаритных тонколистовых конструкций аргоно-дуговой сваркой выявил ряд основных дефектов: наличие пор, оксидные включения,
существенные остаточные деформации, провисание шва, что в конечном счете приводит к большому проценту отбраковки изделий. Проведенный анализ литературных и экспериментальных данных позволил выбрать два направления уменьшения дефектообразования: использование флюсов и применение высококонцентрированного источника энергии - лазерного луча.
Высокая отражательная способность, высокая удельная теплопроводность, высокая жидкотекучесть, низкая температура плав ления металла, высокая температура плавления оксидной пленки создают неблагоприятные условия для сварки. Наличие тугоплавкой оксидной пленки затрудняет сварку толщин до 2,5 мм, и процесс лазерной сварки начинается только при определенной критической плотности мощности излучения (процесс глубокого проплавления с образованием паро-газового канала), что ведет с одной стороны к технологическим трудностям сварки малых толщин (необходимость подкладок), с другой - ограничивает возможность использования парка лазерного оборудования до 2,5 кВт.
Рассмотрев и проализировав все известные способы повышения эффективности процесса, наиболее подходящим представляется способ с использованием поглощающих покрытий в комбинации с активными составляющими флюсов. Однако до настоящего времени не разработаны флюсы для лазерной сварки А1 сплавов и не проведена оценка их влияния на эффективность процесса и свойства соедине-

шей мощности лазерного луча и равных остальных параметрах, имеют больший полный тепловой к.п.д. процесса.
Проанализируем известные способы повышения эффективности лазерной сварки. Для удобства анализа способы повышения эффективности были разбиты на три блока:
1. Энергетические
1.1. Увеличение мощности источника (переход к режиму глубокого проплавления). Применяя С02-лазерное излучение для сварки алюминия и его сплавов, необходимо учитывать наличие оксидной пленки, высокую отражательную'способность металла и его высокую теплопроводность. Эти три фактора существенно влияют на эффективность процесса. Из литературы известно, что эффективность процесса лазерной сварки увеличивается с увеличенным мшц ности излучения при переходе от теплопроводностного режима к режиму "кинжального" проплавления. Поэтому при разработке высокоэффективного процесса сварки необходимо достичь уровня пороговой плотности мощности. Необходимая пороговая плотность мощности лежит в интервале 105 -107 Вт/см2 [11].
Проведенные исследования по сварке сплава АМгб на С02-лазерной установке "Heraus" на скорости 75 м/ч, фокусировке луча линзой КС1 (с фокусным расстоянием f=125 мм) показало, что при мощности меньше пороговой лазерный луч практически полностью отражается от поверхности. Глубина оплавления не превышает 0,5 мм. Оксидная пленка закрывает металл и препятствует сплавлению кромок. При переходе через критическую точку, происходит смена механизма поглощения, и это приводит к резкому увеличению глубины проплавления. Величина критической пороговой плотности мощности излучения на данной установке при скорости 75 м/ч сос-