ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ КАЧЕСТВЕННЫХ НЕРАЗЪЁМНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКОЙ, АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Al-Mg-Li ЗА СЧЁТ ТЕРМООБРАБОТКИ.

Институт теоретической и прикладной механики имени С. А. Христиановича СО РАН

Развитие аэрокосмической промышленности связанно с применением в конструкциях и различных изделиях современных высокопрочных алюминиевых сплавов. В настоящей работе описываются экспериментальные исследования по оптимизации процесса лазерной сварки для алюминиевого-литиевого сплава 1420. Исследованы различные режимы термообработки для получения, выполненных лазерной сваркой, неразъёмных соединений имеющие характеристики близкие к основному сплаву или равные.

Из листов сплава 1420 изготавливались образцы размером 5 × 10см. Полученные образцы проваривались на автоматическом лазерном технологическом комплексе (АЛТК) «Сибирь-1», созданном в лаборатории №3 ИТПМ СО РАН.

Был определён оптимальный режим сварки, при котором не наблюдалось внешних дефектов швов: 2.7 кВт мощности излучения CO₂-лазера, скорость перемещения излучения 4 м/мин, положение фокальной плоскости Δf = -3 мм.

Для термообработки были выбраны пять режимов закалки при различных режимах. Нагрев перед закалкой составлял 320, 400, 450, 490 и 530 °C, нагрев шёл со скоростью 5°C/мин и образцы оставались при постоянной температуре в течение 30 мин. Образцы остывали в воде, комнатной температуры, на воздухе и в печи, где происходила частичная гомогенизация образцов. Как видно из рисунка, оптимальной была выбрана температура закалки 490°C, при которой практически отсутствует разница между областью сварного шва и основным сплавом. Так же после трёх видов закалки при 490°C, образцы были искусственно состарены при пяти режимах: 8ч + 150 °С, 24ч + 120 °С, 10 ч + 120°C, 16ч + 170 °С и режим трёхступенчатого старения.[1]

В результате были исследованы режимы термообработки сплава 1420, при котором получек экспериментально наблюдаемый факт значительного упрочнения образцов при применении процесса старения. Таким образом, полная термическая обработка позволила увеличить прочность сварного шва в 1.5 раза, приблизив ее к прочности основного сплава 1420 системы Al-Mg-Li и значительно превысить прочность сплава в состоянии поставки с завода.

Благодарность: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда проект №17-79-20139.

На рисунке: Микроструктура образцов, полученная на конфокальном лазерном микроскопе при различном значении температуры на изображение присутствует масштабная метка 30 мкм.

1. Месензова И.С., Павлов Н.А., Маликов А.Г., Оришич А.М., Карпов Е.В. Оптимизация процесса лазерной сварки и последующей постобработки сварного шва алюминиевого сплава системы Al–Mg–Li для получения высокопрочных неразъемных соединений // Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии: тезисы докладов XII Всероссийской конференции молодых ученых (Новосибирск – Шерегеш, 16 - 22 марта 2018 г.) / под ред. В.В. Козлова. – Новосибирск, 2018. – С. 100-101.

Ирина Сергеевна Месензова

ПОЛУЧЕНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ОБРАЗЦОВ ИЗ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Al-Cu-Li С ПОМОЩЬЮ ИЗЛУЧЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОГО CO2-ЛАЗЕРА И ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ТЕРМООБРАБОТКИ

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук

Данная работа посвящена исследованию зависимостей механических характеристик сплавов авиационного назначения системы Al-Cu-Li 1441 и В-1461 от температуры закалки и режимов искусственного старения. Сварка производилась на автоматическом лазерном технологическом комплексе «Сибирь-1» собственного производства лаборатории №3 ИТПМ СО РАН. В рамках исследования изучались такие механические характеристики, как: прочность образцов на разрыв, предел текучести и величина относительного удлинения образцов при испытании на разрыв; измерялась микротвёрдость сваренных образцов в областях основного материала, зоны термического влияния (ЗТВ) и сварного шва. Также выявлялись закономерности в изменении микроструктуры образцов.

На основе более ранних исследований [1] были выбраны режимы закалки образцов после выдержки в течение 30 минут при температурах в диапазоне от 320 до 545 °C со скоростью нагрева до заданной температуры 5 °C/мин.

Графики зависимостей предела прочности σ_B (а) и относительного удлинения δ (б) от температуры закалки для сплавов 1441 и В-1461

В результате были получены режимы термообработки сплавов 1441 и В-1461, при которых достигается прочность образца 0.92 и 0.9 относительно основного сплава для В-1461 и 1441 соответственно. Величина относительного удлинения образцов из сплава В-1461 после закалки на одном из режимов увеличилась, и превысила таковую у основного сплава на 6.6 %, а после искусственного старения, при достижении уровня прочности 0.92, величина относительного удлинения стала выше на 3 %. Наблюдения на лазерном конфокальном микроскопе показали изменения микроструктуры образцов в области сварного шва и ЗТВ в зависимости от температуры закалки, вплоть до полного исчезновения границы сварной шов – основной материал сплава. На рисунке а для обоих сплавов наблюдается рост прочности при повышении температуры закалки в диапазоне 400-530 °C. Лучшим режимом по критерию прочности был выбран режим закалки при температуре 530 °C. Также на рисунке б видно, что для сплава В-1461 величина относительного удлинения растёт с ростом температуры закалки практически линейно, в то время как, для сплава 1441 однозначно выявить зависимость нельзя.

Благодарность: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда проект №17-79-20139.

1. Павлов Н.А., Месензова И.С., Маликов А.Г., Оришич А.М., Карпов Е.В. Оптимизация технологии лазерной сварки с использованием непрерывного СО2-лазера, алюминий-литиевых сплавов системы Al–Cu–Mg–Li для получения высокопрочных сварных соединений // Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии : тезисы докладов XII Всероссийской конференции молодых ученых – Новосибирск, 2018. – С. 116-117.

Никита Алексеевич Павлов