Обработка металлов

Лазерная сварка с ультразвуковым воздействием алюминиево-магниевого сплава АМг5

Том 21, № 3 Июль - Сентябрь 2019

Авторы:

Воронцов Андрей Владимирович,

Елисеев Александр Андреевич,

Осипович Ксения Сергеевна,

Савченко Николай Леонидович

DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1994-6309-2019-21.3-83-96

Скачать полный текст

Интерактивный просмотр

Аннотация
Авторы
Список литературы
Благодарности. Финансирование

Аннотация

Введение. Лазерная сварка является одним из наиболее продуктивных методов получения сварных соединений. Высокая скорость сварки, способность сваривания без применения присадочной проволоки делают лазерную сварку одним из ее перспективных методов. Преимуществом над традиционной дуговой сваркой выступает способность сваривания деталей за один проход без разделки кромок. Несмотря на постоянно расширяющиеся области применения лазерной сварки, к некоторым материалам проблематично применить данный вид сварки. К таким материалам относятся алюминиево-магниевые сплавы. Из-за разности теплофизических свойств алюминиевой матрицы и магния происходит выгорание основного легирующего элемента. Еще одной проблемой при лазерной сварке Al–Mg-сплавов является высокая пористость. В итоге лазерные сварные соединения сплавов системы Al–Mg не могут применяться в производстве из-за низкой прочности. Целью работы является изучение влияния ультразвукового воздействия на формирование структуры сварного шва сплава АМг5, полученного методом лазерной сварки. Результаты и обсуждения. Получены образцы обычной лазерной сварки и лазерной сварки ассистированной ультразвуковым воздействием. Показано, что под действием ультразвукового воздействия в процессе лазерной сварки изменяется форма шва. Показано, что под ультразвуковым воздействием уменьшается количество газовых пор. Произведена количественная оценка энерговложений на объемную долю переплавленного металла и величину проникновения лазерного излучения под действием ультразвука. Показано также уменьшение объемной доли вторичных частиц в металле шва с увеличением мощности ультразвукового воздействия. Исследования микротвердости сварных соединений показали небольшое увеличение значений микротвердости с ультразвуковым воздействием в сравнении с обычной лазерной сваркой. В результате проведенного рентгеноструктурного анализа выяснено, что образцы лазерной сварки с ультразвуковым воздействием 500 Вт имеют наибольший параметр решетки в сравнении c обычной лазерной сваркой и лазерной сваркой с ультразвуковым воздействием мощностью 1000 Вт. Кроме того, сварные швы с мощностью ультразвукового воздействия 500 Вт имеют наибольшие искажения кристаллической решетки среди исследуемых.

Ключевые слова: Лазерная сварка, Алюминиево-магниевый сплав, Структура сварного шва, Металл шва

Список литературы

1. Formation of the surface gradient structures during adhesive friction of tribocoupling parts from dissimilar materials / A.V. Chumaevskii, K.N. Kalashnikov, T.A. Kalashnikova, A.N. Ivanov, A.V. Gusarova // AIP Conference Proceedings. – 2018. – Vol. 2051. – DOI: 10.1063/1.5083301.

2. Influence of the configuration of the counterbody and the test temperature on the structure of the aluminum alloy AA2024 under the adhesion-diffusion friction / A.V. Chumaevskii, A.V. Gusarova, K.N. Kalashnikov, T.A. Kalashnikova, A.N. Ivanov // AIP Conference Proceedings. – 2018. – Vol. 2051. – DOI: 10.1063/1.5083298.

3. Morphology of surface structures of aluminum alloy AA5056 samples subjected to dry friction by means of friction stir processing / K.N. Kalashnikov, T.A. Kalashnikova, A.V. Chumaevskii, A.V. Gusarova, A.N. Ivanov // AIP Conference Proceedings. – 2018. – Vol. 2051. – P. 1–5. – DOI: 10.1063/1.5083354.

4. Structure modification of AA2024 alloy in the zone of tribological contact during friction under the severe thermomechanical action / A.V. Chumaevskii, K.N. Kalashnikov, T.A. Kalashnikova, A.V. Gusarova, A.N. Ivanov // AIP Conference Proceedings. – 2018. – Vol. 2051. – DOI: 10.1063/1.5083299.

5. Structure of the material in the formation region of gradient structures of dissimilar metals obtained by friction stir processing / A.V. Chumaevskii, K.N. Kalashnikov, T.A. Kalashnikova, A.V. Gusarova, A.N. Ivanov // AIP Conference Proceedings. – 2018. – Vol. 2051. – DOI: 10.1063/1.5083300.

6. Towards aging in a multipass friction stir–processed АА2024 / K.N. Kalashnikov, S.Y. Tarasov, A.V. Chumaevskii, S.V. Fortuna, A.A. Eliseev, A.N. Ivanov // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2019. – Vol. 103 (5). – P. 2121–2132. – DOI: 10.1007/s00170-019-03631-3.

7. Structure and mechanical properties of aluminum 1560 alloy after severe plastic deformation by groove pressing / E.N. Moskvichev, V.A. Skripnyak, V.V. Skripnyak, A.A. Kozulin, D.V. Lychagin // Physical Mesomechanics. – 2018. – Vol. 21. – P. 515–22. – DOI: 10.1134/S1029959918060061.

8. Molten pool behaviors and their influences on welding defects in narrow gap GMAW of 5083 Al-alloy / C. Zhu, J. Cheon, X. Tang, S.-J. Na, H. Cui // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2018. – Vol. 126. – P. 1206–1221. – DOI: 10.1016/J.IJHEATMASSTRANSFER.2018.05.132.

9. Guo H., Hu J., Tsai H.L. Formation of weld crater in GMAW of aluminum alloys // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2009. – Vol. 52. – P. 5533–5546. – DOI: 10.1016/J.IJHEATMASSTRANSFER.2009.06.028.

10. Prasad V.V., Lingaraju D. Effect of different edge preparations on the tensile and hardness properties of gtaw welded 6082 aluminum alloy // Materials Today: Proceedings. – 2017. – Vol. 4. – P. 157–65. – DOI: 10.1016/J.MATPR.2017.01.009.

11. Bai Y., Gao H., Qiu L. Droplet transition for plasma-MIG welding on aluminium alloys // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2010. – Vol. 20. – P. 2234–2239. – DOI: 10.1016/S1003-6326(10)60634-6.

12. Structural phase evolution in ultrasonic-assisted friction stir welded 2195 aluminum alloy joints / A.A. Eliseev, S.V. Fortuna, T.A. Kalashnikova, A.V. Chumaevskii, E.A. Kolubaev // Russian Physics Journal. – 2017. – Vol. 60. – P. 1022–1026. – DOI: 10.1007/s11182-017-1172-x.

13. Tensile strength on friction stir processed AMg5 (5083) aluminum alloy / A.V. Chumaevskii, A.A. Eliseev, A.V. Filippov, V.E. Rubtsov, S.Y. Tarasov // AIP Conference Proceedings. – 2016. – Vol. 1783. – P. 5–9. – DOI: 10.1063/1.4966320.

14. 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. – DOI: 10.1016/j.msea.2014.08.038.

15. Laser spot welding of laser textured steel to aluminium / G. Pardal, S. Meco, A. Dunn, S. Williams, S. Ganguly, D.P. Hand, K.L. Wlodarczyk // Journal of Materials Processing Technology. – 2017. – Vol. 241. – P. 24–35. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2016.10.025.

16. Paleocrassas A. Feasibility investigation of laser welding aluminum alloy 7075-T6 through the use of a 300 W, single-mode, Ytterbium fiber optic laser. – North Carolina State University, 2005.

17. Fibre laser welding of aluminium alloy / S. Katayama, H. Nagayama, M. Mizutani, Y. Kawahito // Welding International. – 2009. – Vol. 23. – P. 744–752. – DOI: 10.1080/09507110902836911.

18. Alzahrani F.S., Abbas I.A. Fractional order theory in a semiconductor medium photogenerated by a focused laser beam // Physical Mesomechanics. – 2018. – Vol. 21. – P. 117–23. – DOI: 10.1134/S1029959918020042.

19. Nothdurft S., Springer A., Kaierle S. Influencing the weld pool during laser welding // Advances in Laser Materials Processing. – Cambridge, MA: Woodhead Publishing, 2018. – Ch. 10. – DOI: 10.1016/B978-0-08-101252-9.00010-8.

20. Laser-induced plasma in CO(2) laser welding aluminum alloys / X.B. Wang, P. Ding, J.F. Qi, R.S. Xiao, T.C. Zuo // Conference on Lasers and Electro-Optics/ Pacific Rim. – Shanghai, China, 2009. – Vol. 1–2. – P. 1083–1084.

21. Characteristics of plasma plume in fiber laser welding of aluminum alloy / M. Gao, C. Chen, M. Hu, L. Guo, Z. Wang, X. Zeng // Applied Surface Science. – 2015. – Vol. 326. – P. 181–186. – DOI: 10.1016/j.apsusc.2014.11.136.

22. Magnesium loss in Nd:YAG pulsed laser welding of aluminum alloys / Z.M. Beiranvand, F.M. Ghaini, H. Naffakh-moosavy, M. Sheikhi, M.J. Torkamany // Metallurgical and Materials Transactions B. – 2018. – Vol. 49 (5). – P. 2896–2905. DOI: 10.1007/s11663-018-1315-7.

23. Yamaoka H. Microstructural control of laser-welded aluminium alloys // Welding International. – 2001. – Vol. 15. – P. 845–850. – DOI: 10.1080/09507110109549454.

24. Mechanical constraint intensity effects on solidification cracking during laser welding of aluminum alloys / X. Wang, F. Lu, H.P. Wang, H. Cui, X. Tang, Y. Wu // Journal of Materials Processing Technology. – 2015. – Vol. 218. – P. 62–70. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2014.11.037.

25. Using pulse shaping to control temporal strain development and solidification cracking in pulsed laser welding of 6082 aluminum alloys / P. Von Witzendorff, S. Kaierle, O. Suttmann, L. Overmeyer // Journal of Materials Processing Technology. – 2015. – Vol. 225. – P. 162–169. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2015.06.007.

26. Reduction of porosity content generated during Nd:YAG laser welding of A356 and AA5083 aluminium alloys / A. Haboudou, P. Peyre, A.B. Vannes, G. Peix // Materials Science and Engineering: A. – 2003. – Vol. 363. – P. 40–52. – DOI: 10.1016/S0921-5093(03)00637-3.

27. Porosity in fiber laser formation of 5A06 aluminum alloy / Y. Yu, C. Wang, X. Hu, J. Wang, S. Yu // Journal of Mechanical Science and Technology. – 2010. – Vol. 24. – P. 1077–1082. – DOI: 10.1007/s12206-010-0309-4.

28. Numerical study of keyhole dynamics and keyhole-induced porosity formation in remote laser welding of Al alloys / R. Lin, H. Wang, F. Lu, J. Solomon, B.E. Carlson // Journal of Heat and Mass Transfer. – 2017. – Vol. 108. – P. 244–256. – DOI: 10.1016/J.IJHEATMASSTRANSFER.2016.12.019.

29. Characteristics and formation mechanism of sidewall pores in NG-GMAW of 5083 Al-alloy / C. Zhu, X. Tang, Y. He, F. Lu, H. Cui // Journal of Materials Processing Technology. – 2016. – Vol. 238. – P. 274–83. – DOI: 10.1016/J.JMATPROTEC.2016.07.032.

30. Yang F., Zhou J., Ding R. Ultrasonic vibration assisted tungsten inert gas welding of dissimilar magnesium alloys // Journal of Materials Science and Technology. – 2018. – Vol. 34 (12). – P. 2240–2245. – DOI: 10.1016/J.JMST.2018.06.009.

31. Analysis on welding characteristics of ultrasonic assisted laser welding of AZ31B magnesium alloy / Z. Lei, J. Bi, P. Li, T. Guo, Y. Zhao, D. Zhang // Optics and Laser Technology. – 2018. – Vol. 105. – P. 15–22. – DOI: 10.1016/J.OPTLASTEC.2018.02.050.

32. Grain fragmentation in ultrasonic-assisted TIG weld of pure aluminum / Q. Chen, S. Lin, C. Yang, C. Fan, H. Ge // Ultrasonics Sonochemistry. – 2017. – Vol. 39. – P. 403–413. – DOI: 10.1016/J.ULTSONCH.2017.05.001.

33. The role of ultrasonic treatment in refining the as-cast grain structure during the solidification of an Al–2Cu alloy / G. Wang, M.S. Dargusch, M. Qian, D.G. Eskin, D.H. StJohn // Journal of Crystal Growth. – 2014. – Vol. 408. – P. 119–24. – DOI: 10.1016/J.JCRYSGRO.2014.09.018.

34. The effect of ultrasonic treatment on the mechanisms of grain formation in as-cast high purity zinc / B. Nagasivamuni, G. Wang, D.H. StJohn, M.S. Dargusch // Journal of Crystal Growth. – 2018. – Vol. 495. – P. 20–28. – DOI: 10.1016/J.JCRYSGRO.2018.05.006.

35. Effect of high density ultrasonic on the microstructure and refining property of Al–5Ti–0.25C grain refiner alloy / Y.L. Li, H.K. Feng, F.R. Cao, Y.B. Chen, L.Y. Gong // Materials Science and Engineering: A. – 2008. – Vol. 487. – P. 518–523. – DOI: 10.1016/J.MSEA.2007.11.067.

36. Hatch J.E. Aluminum: properties and physical metallurgy. – Ohio: ASM International, 1996. – ISBN 0871701766.

Для цитирования:

Лазерная сварка с ультразвуковым воздействием алюминиево-магниевого сплава АМг5 / А.В. Воронцов, А.А. Елисеев, К.С. Осипович, Н.Л. Савченко // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2019. – Т. 21, № 3. – С. 83–96. – DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.3-83-96.

For citation:

Vorontsov A.V., Eliseev A.A., Osipovich K.S., Savchenko N.L. Ultrasonic laser welding of AA5083 aluminum-magnesium alloy. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2019, vol. 21, no. 3, pp. 83–96. DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.3-83-96. (In Russian).

Просмотров: 2167

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Лазерная сварка с ультразвуковым воздействием алюминиево-магниевого сплава АМг5