ДОСЛІДЖЕННЯ ОСОБЛИВОСТЕЙ ЛАЗЕРНОГО ЗВАРЮВАННЯ КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ АЛЮМІНІЮ

Abstract

У статті розглянуто питання розробки прийомів лазерного зварювання нових легких композиційних матеріалів підвищеної міцності на основі алюмінієвих сплавів, які мають волокнисте, дисперсне та шарувате зміцнення. Отримання їх нероз’ємних з’єднань потребує застосування таких інноваційних рішень, які зможуть бути достатньо ефективно впроваджені в промисловості. Одним із рішень може бути процес лазерного зварювання.

В статті досліджувалися особливості лазерного зварювання композиційних матеріалів на основі алюмінію та проводилися необхідні експерименти для розробки технологічних прийомів отримання якісних з’єднань. Встановлено, що серед параметрів структури композиційних матеріалів на основі алюмінію, найбільш істотно впливає на процес зварювання об'ємна частка волокнистого матеріалу у матриці. Аналіз результатів досліджень показує, що зі зростанням вмісту волокон вище 30%, процес зварювання ускладнюється. Основними перешкодами для утворення якісного з'єднання є високі погонна енергія й різниця у температурі плавлення матеріалів композиту. У результаті інтенсивного нагрівання, існує велика ймовірність руйнування волокон й утворення інтерметалідних сполук. Якість нероз’ємних з'єднань, отриманих зварюванням плавленням, може бути підвищена при строгому дозуванні погонної енергії. Проведені дослідження дозволили встановити особливості лазерного зварювання композиційних матеріалів на основі алюмінію, що мають наповнювачі матриці різних видів. Так, було визначено, що наявність волокон бору з одного боку покращує зварювальні властивості алюмінієвого композиту і дозволяє отримати бездефектні шви, але з іншого боку – погіршує механічні властивості отриманого з’єднання. Дисперсне легування алюмінієвого композиту частками окислу алюмінію Al₂O₃ призводить до утворення пор у зварних з’єднаннях, отриманих лазерним зварюванням. Наявність сталевих волокон покращує зварювальні властивості але призводить до утворення інтерметалідних сполук. Для з'єднання композитів із зміцнювачами у вигляді волокон, або окремих часток, необхідно використовувати додаткові технологічні прийоми, наприклад зварювання-пайку. Цей тип зварювання рекомендується здійснювати з максимально можливою швидкістю (для зменшення питомого енерговкладання). Іншим спеціальним прийомом для зварювання алюмінієвих композитів усіх розглянутих видів, є використання імпульсно-періодичної модуляції випромінювання з частотою в межах 200 – 330 Гц при скважності 1,5, а також зварювання з алюмінієвою проставкою або зварювання на підкладці із зазором між крайками ~0,6 мм та його заповненням шляхом плавлення присаджувального дроту.