RU2681072C1 - Способ лазерной сварки алюминиевых сплавов - Google Patents
Способ лазерной сварки алюминиевых сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2681072C1 RU2681072C1 RU2017141601A RU2017141601A RU2681072C1 RU 2681072 C1 RU2681072 C1 RU 2681072C1 RU 2017141601 A RU2017141601 A RU 2017141601A RU 2017141601 A RU2017141601 A RU 2017141601A RU 2681072 C1 RU2681072 C1 RU 2681072C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- volume
- laser welding
- aluminum alloys
- welded
- Prior art date
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 description 5
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002555 FeNi Inorganic materials 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000004021 metal welding Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/18—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using absorbing layers on the workpiece, e.g. for marking or protecting purposes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/20—Bonding
- B23K26/21—Bonding by welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/20—Bonding
- B23K26/32—Bonding taking account of the properties of the material involved
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K33/00—Specially-profiled edge portions of workpieces for making soldering or welding connections; Filling the seams formed thereby
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии и, в частности, к лазерной сварке алюминиевых сплавов. Способ включает нанесение никелевого покрытия на свариваемые поверхности и сварку, при этом толщину покрытия подбирают с учетом соотношения объема нанесенного покрытия в количестве 0,4÷0,6% от объема сварочной ванны. Кроме того, кромки сварных соединений выполняют под углом 5÷15°. Технический результат заключается в возможности получения конструкций с повышенными механическими характеристиками и, как следствие, в увеличении срока эксплуатации изделий. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.
Description
Изобретение относится к области металлургии и, в частности, к лазерной сварке алюминиевых сплавов.
Известен способ увеличения глубины проплавления сварного соединения при лазерной сварке алюминиевых сплавов, включающий нанесение слоя порошка магния или цинка толщиною 1÷20 мкм и последующее нанесение слоя порошка алюминия толщиною 10÷100 мкм методом термического напыления. Вследствие шероховатости поверхностного слоя алюминия, характерной для термических способов нанесения покрытий, обеспечивается более высокая поглощающая способность лазерного излучения. Промежуточный слой магния и цинка при воздействии нагрева испаряется и за счет отсутствия плотности напыленного слоя создает «замочную скважину», что также увеличивает поглощение лазерного излучения и глубину проплавления основного металла (патент КНР №102861990).
Известен способ лазерной сварки алюминиевых сплавов, включающий предварительное нанесение на поверхность свариваемых деталей нанослоя оксида различных металлов, в частности иттрия, для увеличения поглощающей способности лазерного излучения и последующую сварку (патент КНР №102079013).
Недостатком данных способов является сложность нанесения многослойного покрытия и нанометрового слоя оксида металлов, что приводит к увеличению стоимости изготовления изделий и трудоемкости.
Известен способ лазерной сварки алюминиевых сплавов с нанесенным слоем никелевого покрытия, который обеспечивает меньшее отражение лазерного излучения и большую глубину проплавления (А.А. Малащенко, А.В. Мезенов «Лазерная сварка металлов». М.: Машиностроение, 1984. - 44 с), прототип.
Недостатком данного способа является отсутствие упрочняющего эффекта в металле шва и получение соединений с более низкими, по сравнению с основным материалом, механическими свойствами.
Задачей изобретения является повышение прочностных характеристик сварных швов и соединений из алюминиевых сплавов, выполненных лазерной сваркой, причем прочность сварных швов принимается равной или выше прочности основного материала: σв шва ≥ σв ом.
Технический результат заключается в возможности получения конструкций с улучшенными механическими свойствами, и как следствие, в повышении эксплуатационной стойкости изделий.
Для достижения названного технического результата предлагается способ лазерной сварки алюминиевых сплавов, включающий нанесение никелевого покрытия на поверхности свариваемых кромок и сварку, при этом никелевое покрытие наносят гальваническим методом, а толщину никелевого покрытия устанавливают с учетом обеспечения объема нанесенного покрытия равного 0,4÷0,6% от объема сварочной ванны.
Кроме этого, кромки сварных соединений могут быть выполнены под углом 5÷15°.
Применение никелевого покрытия при лазерной сварке алюминиевых сплавов позволяет существенно снизить потери мощности лазерного излучения за счет отражения от чистой алюминиевой поверхности.
Известно, что для увеличения прочности неразъемных соединений из алюминиевых сплавов сварной шов можно дополнительно легировать никелем. Никель имеет ограниченную растворимость в фазах, содержащих алюминий, кремний, марганец и медь, повышая их прочностные свойства.
Вместе с этим, наличие никеля в сплаве позволяет связывать примеси железа, которые всегда присутствуют в алюминиевых сплавах и снижают обрабатываемость резанием и давлением в более пластичные фазы Al9FeNi.
Однако при этом соотношение никеля к железу в сплаве должно составлять примерно 1:1. При большем содержании железа происходит увеличение
твердости сплава и существенное снижение его пластических свойств. При большем содержании никеля возможно выделение никеля в виде отдельных фаз и образование интерметаллидов при взаимодействии с легирующими компонентами сплава, что также может охрупчивать сварное соединение.
Для обеспечения заданного содержания железа и никеля в сварном соединении необходимо выбирать такую толщину никелевого покрытия, чтобы массовая доля никеля, переходящая в сварочную ванну, примерно соответствовала массовой доли железа. Поскольку в большинстве промышленно выпускаемых алюминиевых сплавах процентное содержание железа составляет 0,4÷0,6 масс. %, то аналогичное процентное содержание должно обеспечивать и никелевое покрытие.
Для уменьшения потерь мощности лазерного излучения возможно также использовать разделку кромок под небольшими углами. Разделка кромок под углом 5÷15° позволит обеспечить минимальную потерю мощности и увеличить глубину проплавления основного металла.
Пример.
Изготавливался корпус из листов сплава АМц толщиною 2 мм. Предварительно на свариваемые кромки гальваническим методом наносилось никелевое покрытие толщиною 6÷9 мкм. Толщина покрытия выбиралась (при условии, что объем покрытия равен 0,4÷0,6% от объема сварочной ванны) по формуле:
где Vпокр. - объем покрытия,
Sпокр. - суммарная площадь покрытия.
Объем сварочной ванны оценивался на основании расчетной площади сечения сварного соединения (для стыкового соединения) по формуле:
где Sшва - площадь сечения шва,
lшва - длина шва,
δм - толщина свариваемого металла,
е и e1 - ширина шва и проплавления соответственно,
g и g1 - высота валика шва и корня шва соответственно.
В результате расчетов определено, что объем покрытия равен 0,48% от объема сварочной ванны.
Сварка осуществлялась на лазерном комплексе LRS-300AU на автоматизированном столе в импульсном режиме. Режимы сварки: энергия импульса 40 Дж, диаметр сфокусированного луча 0,3÷0,4 мм, длительность импульса 0,2÷0,3 мс, прямоугольная форма импульса, фокусное расстояние 12 мм.
После сварки из образцов вырезались макетные образцы для испытаний на механическую прочность. Испытания проводились на стандартизованной разрывной машине. В результате исследований было установлено, что разрушение всех образцов происходит по основному материалу, и предел прочности образцов составлял 136÷143 МПа.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет обеспечить получение сварных соединений с гарантированной прочностью сварных швов выше прочности основного материала, что позволит обеспечить более высокие механические свойства сварных конструкций.
Claims (2)
1. Способ лазерной сварки алюминиевых сплавов, включающий нанесение никелевого покрытия на поверхности свариваемых кромок и сварку, отличающийся тем, что никелевое покрытие наносят гальваническим методом, при этом толщину никелевого покрытия устанавливают с учетом обеспечения объема нанесенного покрытия, равного 0,4÷0,6% от объема сварочной ванны.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кромки сварных соединений выполняют под углом 5÷15°.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017141601A RU2681072C1 (ru) | 2017-11-29 | 2017-11-29 | Способ лазерной сварки алюминиевых сплавов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017141601A RU2681072C1 (ru) | 2017-11-29 | 2017-11-29 | Способ лазерной сварки алюминиевых сплавов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2681072C1 true RU2681072C1 (ru) | 2019-03-01 |
Family
ID=65632624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017141601A RU2681072C1 (ru) | 2017-11-29 | 2017-11-29 | Способ лазерной сварки алюминиевых сплавов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2681072C1 (ru) |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2062200C1 (ru) * | 1994-06-24 | 1996-06-20 | Научно-производственное объединение энергетического машиностроения им.акад.В.П.Глушко | Способ сварки паяных деталей |
| RU2284252C2 (ru) * | 2004-11-01 | 2006-09-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | Способ сварки плавлением стыковых соединений биметалла на основе слоев из алюминиевых сплавов и стали или титана с одно- или двусторонними швами |
| US20080116175A1 (en) * | 2006-11-17 | 2008-05-22 | L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Laser welding process with improved penetration |
| RU2410221C2 (ru) * | 2005-09-28 | 2011-01-27 | Ниппон Стил Корпорейшн | Сварное соединение, образованное металлом сварного шва на основе нержавеющей стали для сваривания стального листа, имеющего покрытие из сплава на основе цинка |
| CN102079013A (zh) * | 2009-12-01 | 2011-06-01 | 南车青岛四方机车车辆股份有限公司 | 铝合金激光焊接方法 |
| US20110226746A1 (en) * | 2006-07-12 | 2011-09-22 | L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Process for Laser-ARC Hybrid Welding Aluminized Metal Workpieces |
| CN102861990A (zh) * | 2012-10-17 | 2013-01-09 | 山东电力集团公司电力科学研究院 | 一种提高铝合金激光焊接过程中熔深的方法 |
| RU2490102C2 (ru) * | 2009-04-03 | 2013-08-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Способ сварки и конструктивный элемент |
| US20140224243A1 (en) * | 2011-10-11 | 2014-08-14 | Savo-Solar Oy | Method for producing a direct flow aluminium absorber for a solar thermal collector |
| WO2015071621A1 (en) * | 2013-11-14 | 2015-05-21 | The Welding Institute | Method of welding first and second metallic workpiece with cold or thermal spraying a layer of weld modifying material to one of the surfaces |
| US20160368094A1 (en) * | 2014-02-17 | 2016-12-22 | Wisco Tailored Blanks Gmbh | Method for Laser Welding One or More Workpieces Made of Hardenable Steel in a Butt Joint |
-
2017
- 2017-11-29 RU RU2017141601A patent/RU2681072C1/ru active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2062200C1 (ru) * | 1994-06-24 | 1996-06-20 | Научно-производственное объединение энергетического машиностроения им.акад.В.П.Глушко | Способ сварки паяных деталей |
| RU2284252C2 (ru) * | 2004-11-01 | 2006-09-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | Способ сварки плавлением стыковых соединений биметалла на основе слоев из алюминиевых сплавов и стали или титана с одно- или двусторонними швами |
| RU2410221C2 (ru) * | 2005-09-28 | 2011-01-27 | Ниппон Стил Корпорейшн | Сварное соединение, образованное металлом сварного шва на основе нержавеющей стали для сваривания стального листа, имеющего покрытие из сплава на основе цинка |
| US20110226746A1 (en) * | 2006-07-12 | 2011-09-22 | L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Process for Laser-ARC Hybrid Welding Aluminized Metal Workpieces |
| US20080116175A1 (en) * | 2006-11-17 | 2008-05-22 | L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Laser welding process with improved penetration |
| RU2490102C2 (ru) * | 2009-04-03 | 2013-08-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Способ сварки и конструктивный элемент |
| CN102079013A (zh) * | 2009-12-01 | 2011-06-01 | 南车青岛四方机车车辆股份有限公司 | 铝合金激光焊接方法 |
| US20140224243A1 (en) * | 2011-10-11 | 2014-08-14 | Savo-Solar Oy | Method for producing a direct flow aluminium absorber for a solar thermal collector |
| CN102861990A (zh) * | 2012-10-17 | 2013-01-09 | 山东电力集团公司电力科学研究院 | 一种提高铝合金激光焊接过程中熔深的方法 |
| WO2015071621A1 (en) * | 2013-11-14 | 2015-05-21 | The Welding Institute | Method of welding first and second metallic workpiece with cold or thermal spraying a layer of weld modifying material to one of the surfaces |
| US20160368094A1 (en) * | 2014-02-17 | 2016-12-22 | Wisco Tailored Blanks Gmbh | Method for Laser Welding One or More Workpieces Made of Hardenable Steel in a Butt Joint |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| А.А.МАЛАЩЕНКО и др. "Лазерная сварка металлов", М., Машиностроение, 1984, с.44. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Atabaki et al. | Welding of aluminum alloys to steels: an overview | |
| Pouquet et al. | Dissimilar laser welding of NiTi to stainless steel | |
| Yan et al. | CW/PW dual-beam YAG laser welding of steel/aluminum alloy sheets | |
| US20110052935A1 (en) | Joining method and joint structure of dissimilar metal | |
| Zhang et al. | Nd/YAG pulsed laser welding of TC4 titanium alloy to 301L stainless steel via pure copper interlayer | |
| Manikandan et al. | Investigation of microstructure and mechanical properties of super alloy C-276 by continuous Nd: YAG laser welding | |
| Sun et al. | Fiber laser butt joining of aluminum to steel using welding-brazing method | |
| EP1974847A3 (en) | Bonding method of dissimilar materials made from metals and bonding structure thereof | |
| Czerwinski | Welding and joining of magnesium alloys | |
| CN108526692B (zh) | 一种镁/铝异种金属的激光填料焊工艺 | |
| Deepan Bharathi Kannan et al. | A review of similar and dissimilar micro-joining of nitinol | |
| JP6523681B2 (ja) | ケース用アルミニウム合金板及びケース | |
| JP6201036B2 (ja) | 金属接合品及びその製造方法 | |
| JP5098792B2 (ja) | マグネシウム合金と鋼の異種金属接合方法 | |
| CN108705199A (zh) | 一种NiTi和Ti6Al4V异种金属复合焊接方法 | |
| Cao et al. | Effect of process parameters on microstructure and properties of laser welded joints of aluminum/steel with Ni/Cu interlayer | |
| Indhu et al. | Microstructure development in pulsed laser welding of dual phase steel to aluminium alloy | |
| Ozaki et al. | Laser roll welding of dissimilar metal joint of zinc coated steel to aluminum alloy | |
| Berto et al. | Using the hybrid metal extrusion & bonding (HYB) process for dissimilar joining of AA6082-T6 and S355 | |
| RU2681072C1 (ru) | Способ лазерной сварки алюминиевых сплавов | |
| Qi et al. | Investigation on welding mechanism and interlayer selection of magnesium/steel lap joints | |
| JP2013163196A (ja) | 異材溶接用フラックス入りワイヤ及び異材溶接方法 | |
| JP5071776B2 (ja) | レーザ溶接用アルミニウム又はアルミニウム合金部材 | |
| KR20170088248A (ko) | 구리-알루미늄 이종금속판 무플럭스 초음파 브레이징 방법 | |
| Sun et al. | Effects of oxide activating flux on laser welding of magnesium alloy |