Лазерная сварка разнородных металлических материалов с использованием дифракционных оптических элементов
Мурзин С.П., Лидль Г.

 

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва, Самара, Россия,
Венский технический университет, Вена, Австрия

Аннотация:
Прогрессивным при сварке разнородных материалов является использование лазерных технологий. Осуществлена лазерная сварка импульсным излучением алюминиевого сплава АК4 и титанового сплава ВТ5-1. Определены режимы обработки, реализация которых при плавлении материалов в зоне термического влияния предоставляет возможность получить однородную структуру без пустот и раковин, что указывает на потенциально достаточно высокую работоспособность сварного соединения. Для создания требуемого распределения плотности мощности в поперечном сечении лазерного пучка целесообразно использовать дифракционные оптические элементы. Выполнена сварка алюминия и меди непрерывным лазерным излучением. Определено, что лазерное воздействие с его чётко определённым и точным локализованным вводом энергии предоставляет возможность в значительной степени снизить рост слоёв интерметаллидных соединений.

Ключевые слова:
материал металлический, сварное соединение, алюминий, лазерное воздействие, дифракционный оптический элемент.

Цитирование:
Мурзин, С.П. Лазерная сварка разнородных металлических материалов с использованием дифракционных оптических элементов / С.П. Мурзин, Г. Лидль // Компьютерная оптика. – 2017. – Т. 41, № 6. – С. 848-855. – DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-6-848-855.

Литература:

  1. Yoshida, H. Recent trend of development in aluminum alloys for aircraft / H. Yoshida, M. Hayashi, K. Norikane // Journal of Japan Institute of Light Metals. – 2015. – Vol. 65, No 9. – P. 441-454. – DOI: 10.2464/jilm.65.441.
  2. Weberpals, J.-P. Advantages and challenges of dissimilar materials in automotive lightweight construction / J.-P. Weberpals, P.A. Schmidt, D. Böhm, S. Müller // Proceedings of SPIE. – 2015. – Vol. 9356. – 93560A. – DOI: 10.1117/12.2084589.
  3. Feistauer, E.E. Mechanical behaviour of dissimilar friction stir welded tailor welded blanks in Al-Mg alloys for Marine applications / E.E. Feistauer, L.A. Bergmann, L.S. Barreto, J.F. dos Santos // Materials and Design. – 2014. – Vol. 59. – P. 323-332. – DOI: 10.1016/j.matdes.2014.02.042.
  4. Akca, E. The effect of diffusion welding parameters on the mechanical properties of titanium alloy and aluminum couples / E. Akca, A. Gursel // Metals. – 2017. – Vol. 7, Issue 1. – 22. – DOI: 10.3390/met7010022.
  5. Kah, P. Factors influencing Al-Cu weld properties by intermetallic compound formation // P. Kah, C. Vimalraj, J. Martikainen, R. Suoranta // International Journal of Mechanical and Materials Engineering. – 2015. – Vol. 10(1). – 10 (13 p.) - DOI: 10.1186/s40712-015-0037-8.
  6. Borrisutthekul, R. Feasibility of using TIG welding in dissimilar metals between steel/aluminum alloy / R. Borrisutthekul, P. Mitsomwang, S. Rattanachan, Y. Mutoh // Energy Research Journal. – 2010. – Vol. 1, Issue 2. – P. 82-86. – DOI: 10.3844/erjsp.2010.82.86.
  7. Saida, K. Fluxless laser brazing of aluminium alloy to galvanized steel using a tandem beam - dissimilar laser brazing of aluminium alloy and steels / K. Saida, H. Ohnishi, K. Nishimoto // Welding International. – 2010. – Vol. 24(3). – P. 161-168. – DOI: 10.1080/09507110902843065.
  8. Shubhavardhan, R.N. Friction welding to join dissimilar metals / R.N. Shubhavardhan, S. Surendran // International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering. – 2012. – Vol. 2(7). – P. 200-210.
  9. Wang, J. Micro-image analysis in the diffusion-bonded zone of Fe3Al/Q235 carbon steel dissimilar materials / J. Wang, Y. Li, H. Wu, J. Ren // Bulletin of Materials Science. – 2001. – Vol. 25, Issue 5. – P. 367-370.
  10. Pourali, M. Influence of welding parameters on intermetallic compounds formation in dissimilar steel/aluminum friction stir welds / M. Pourali, A. Abdollah-zadeh, T. Saeid, F. Kargar // Journal of Alloys and Compounds. – 2017. – Vol. 715. – P. 1-8. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.04.272.
  11. Meco, S. Application of laser in seam welding of dissimilar steel to aluminium joints for thick structural components / S. Meco, G. Pardal, S. Ganguly, S. Williams, N. McPherson // Optics and Lasers in Engineering. – 2015. – Vol. 67. – P. 22-30. – DOI: 10.1016/j.optlaseng.2014.10.006.
  12. Wang, P. Laser welding dissimilar materials of aluminum to steel: an overview / P. Wang, X. Chen, Q. Pan, B. Madigan, J. Long // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2016. – Vol. 87, Issues 9-12. – P. 3081-3090. – DOI: 10.1007/s00170-016-8725-y.
  13. Hong, K.-M. Prospects of laser welding technology in the automotive industry: a review / K.-M. Hong, Y.C. Shin // Journal of Materials Processing Technology. – 2017. – Vol. 245. – P. 46-69. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2017.02.008.
  14. Fan, J. Effect of thermal cycle on the formation of intermetallic compounds in laser welding of aluminum-steel overlap joints / J. Fan, C. Thomy, F. Vollertsen // Physics Procedia. – 2011. – Vol. 12, Part 1. – P. 134-141. – DOI: 10.1016/j.phpro.2011.03.017.
  15. Казанский, Н.Л. Оптическая система для проведения селективной лазерной сублимации компонентов металлических сплавов / Н.Л. Казанский, С.П. Мурзин, В.И. Трегуб // Компьютерная оптика. – 2010. – Т. 34, № 4. – С. 481-486.
  16. Мурзин, С.П. Применение фокусаторов излучения для создания металлических нанопористых материалов с высокой удельной площадью поверхности лазерным воздействием / С.П. Мурзин, В.И. Трегуб, А.А. Мельников, Н.В. Трегуб // Компьютерная оптика. – 2013. – Т. 37, № 2. – С. 226-232.
  17. Doskolovich, L.L. Analysis of quasiperiodic and geometric optical solutions of the problem of focusing into an axial segment / L.L. Doskolovich, N.L. Kazanskiy, V.A. Soifer, A.Ye. Tzaregorodtzev // Optik – 1995. – Vol. 101(2). – P. 37-41.
  18. Kazanskiy, N.L. Computer-aided design of diffractive optical elements / N.L. Kazanskiy, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer // Optical Engineering. – 1994. – Vol. 33, No 10. – P. 3156-3166. – DOI: 10.1117/12.178898.
  19. Pavelyev, V.S. Formation of diffractive microrelief on diamond film surface / V.S. Pavelyev, S.A. Borodin, N.L. Kazanskiy, G.F. Kostyuk, A.V. Volkov // Optics & Laser Technology. – 2007. – Vol. 39, Issue 6. – P. 1234-1238. – DOI: 10.1016/j.optlastec.2006.08.004.
  20. Гончарский, А.В. Введение в компьютерную оптику / А.В. Гончарский, В.В. Попов, В.В. Степанов. – М.: Изд-во МГУ, 1991. – 312 с.
  21. Досколович, Л.Л. Исследование оптических систем управления передачей высоких энергий / Л.Л. Досколович, Н.Л. Казанский, В.И. Мордасов, С.П. Мурзин, С.И. Харитонов // Компьютерная оптика. – 2002. – № 23. – С. 40-43.
  22. Metev, S.M. Laser-assisted microtechnology / S.M. Metev, V.P. Veiko. – Berlin, Heidelberg: Springer, 1998. – 270 p. – ISBN 978-3-642-87273-0.
  23. Cherolis, N.E. Fatigue in the aerospace industry: striations / N.E. Cherolis // Journal of Failure Analysis and Prevention. – 2008. – Vol. 8, Issue 3. – P. 255-258. – DOI: 10.1007/s11668-008-9146-5.
  24. Shen, C. Microstructures and electrochemical behaviors of the friction stir welding dissimilar weld / C. Shen, J. Zhang, J. Ge // Journal of Environmental Sciences. – 2011. – Vol. 23, Supplement. – P. S32-S35. – DOI: 10.1016/S1001-0742(11)61072-3.
  25. Jaya, A. Corrosion treatments and the fatigue of aerospace structural joints / A. Jaya, U.H. Tiong, R. Mohammed, C. Bil, G. Clark // Procedia Engineering. – 2010. – Vol. 2, Issue 1. – P. 1523-1529. – DOI: 10.1016/j.proeng.2010.03.164.
  26. Murzin, S.P. Formation of nanoporous structures in metallic materials by pulse-periodic laser treatment / S.P. Murzin // Optics & Laser Technology. – 2015. – Vol. 72. – P. 48-52. – DOI: 10.1016/j.optlastec.2015.03.022.
  27. Murzin, S.P. Local laser annealing for aluminium alloy parts / S.P. Murzin // Lasers in Engineering. – 2016. – Vol. 33, Issues 1-3. – P. 67-76.
  28. Smelov, V.G. Particularly selective sintering of metal powders by pulsed laser radiation / V.G. Smelov, A.V. Sotov, S.P. Murzin // Key Engineering Materials. – 2016. – Vol. 685. – P. 403-407. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.685.403.
  29. Murzin, S.P. Microstructuring the surface of silicon carbide ceramic by laser action for reducing friction losses in rolling bearings / S.P. Murzin, V.B. Balyakin // Optics & Laser Technology. – 2017. – Vol. 88. – P. 96-98. – DOI: 10.1016/j.optlastec.2016.09.007.
  30. Murzin, S.P. A study of vibration characteristics and determination of the conditions of nanopores formation in metallic materials during laser action / S.P. Murzin, E.V. Shakhmatov, A.A. Igolkin, L.F. Musaakhunova // Procedia Engineering. – 2015. – Vol. 106. – P. 266-271. – DOI: 10.1016/j.proeng.2015.06.034.
  31. Murzin, S.P. Influence of conditions of the samples fixation on the intensity of the nanoporous structure formation in the metallic material by laser action with thermocycling / S.P. Murzin, A.N. Kryuchkov // Procedia Engineering. – 2015. – Vol. 106. – P. 272-276. – DOI: 10.1016/j.proeng.2015.06.035.
  32. Murzin, S.P. Study of Cu-Zn alloy objects vibration characteristics during laser-induced nanopores formation / S.P. Murzin, A.B. Prokofiev, A.I. Safin // Procedia Engineering. – 2017. – Vol. 176. – P. 552-556. – DOI: 10.1016/j.proeng.2017.02.297.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20