Vorontsov A.V. et. al. 2019 Vol. 21 No. 3

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 21 No. 3 2019 87 MATERIAL SCIENCE шенная пористость при лазерной сварке многих алюминиевых сплавов является одной из основ- ных проблем. Ультразвуковое воздействие в процессе ла- зерной сварки мощностью 500 Вт привело к увеличению глубины проплавления на 10 % по сравнению с обычной лазерной сваркой. Сум- марная площадь пор в поперечном сечении уменьшилась на 19 %. Увеличение мощности ультразвукового воздействия до 1000 Вт при- вело к дальнейшему снижению газовой пори- стости, но из-за крупного дефекта, вследствие не закрывшегося парогазового канала, общая суммарная площадь несплошностей возросла. Влияние ультразвукового воздействия разной мощности при рассмотрении геометрических размеров зоны плавления проявило себя по- разному. В одном случае установленной мощно- сти УЗ воздействия в 500 Вт наблюдается рост площади зоны плавления, в другом – при уве- личении мощности УЗ воздействия до 1000 Вт увеличилась площадь зоны плавления, а также изменилась форма шва в поперечном сечении. На рис. 3, в наблюдается сужение зоны плав- ления и увеличение глубины проплавления на 34 % по сравнению с обычной ЛС. Площадь зоны плавления в поперечном сечении возросла незначительно по сравнению с добавленным УЗ мощностью 500 Вт в процесс сварки. Результаты измерений суммарной площади несплошностей в поперечном сечении приведены в табл. 2. Среди проявлений УЗ-воздействия, таких как увеличение глубины проплавления, обеспечен- ное дополнительно внесенной энергией в про- цесс ЛС, ультразвуковое воздействие снижает суммарную площадь пор по отношению ко всей площади зоны плавления в поперечном сечении. Ультразвуковое воздействие мощностью 500 Вт Т а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Геометрические характеристики шва Weld seam geometry Образец Глубина проплавления, мм Общая площадь дефектов S d , мм 2 Площадь зоны плавления S fz , мм 2 100∙ S d / S fz , % #1 (ЛС) 3,67 0,11 9,37 1,29 #2 (ЛС–УЗ 500) 4,03 0,09 10,76 0,84 #3 (ЛС–УЗ 1000) 4,93 0,29 11,00 2,64 привело также к увеличению площади зоны плавления в поперечном сечении на 15 %. Мощ- ность ультразвукового воздействия в 1000 Вт привело к увеличению площади зоны плавления на 17 %. При подробном рассмотрении эффекта уве- личения площади зоны плавления при лазер- ной сварке под действием УЗ можно опреде- лить общую затраченную энергию на единицу объема расплавленного металла. Обозначим: P 1 – мощность лазерного излучения (в случае ЛС) и P 2,3 – суммарная мощность лазерного излуче- ния и УЗ-воздействия (в случае ЛС–УЗ), Вт; S 1 и S 2,3 – площади зоны плавления сварного шва в поперечном сечении при лазерной сварке и со- вместно с УЗ-воздействием соответственно. E 1 – это удельная энергия плавления, Дж/мм 3 ; E 2 – энергия, необходимая для проплавления вглубь на 1 мм сварного шва протяженностью 25 мм, т. е. расстояние, пройденное за 1 с в про- цессе сварки, Дж/мм. В итоге получили, что наиболее эффектив- ное плавление сплава происходит при лазерной сварке с добавлением в процесс УЗ-воздействия мощностью 500 Вт. В этом случае при плавле- нии одного кубического миллиметра приходит- ся 18,6 Дж/мм 3 против 19,2 для обычной ЛС и 20,0 Дж/мм 3 для ЛС–УЗ с мощностью УЗ воз- действия 1000 Вт. Вместе с тем, если рассматривать эффектив- ность процесса плавления на глубину проплав- ления, то, как было сказано выше, с добавленной мощностью УЗ 1000 Вт наблюдается сужение ширины зоны плавления и увеличение глубины проплавления. В случае ЛС глубина проплавле- ния оказалась наименьшей, для проплавления вглубь на 1 мм протяженностью 25 мм необхо- димо затратить 1226,2 Дж/мм. При добавлении