ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» (СПбГПУ):

Г. А. Туричин, докт. техн. наук, профессор

О. Г. Климова, ассистент, эл. почта: o.klimova@ltc.ru

К. Д. Бабкин, инженер

Рассмотрены особенности лазерной сварки разнородных материалов на примере сварки алюминиевых сплавов со сплавами на основе титана и меди. Представлены результаты моделирования процесса сварки с использованием мощных волоконных лазеров, указаны нововведения в существующую модель в специализированном программном обеспечении LaserCad непосредственно для сварки разнородных материалов, а именно учтено влияние теплофизических характеристик сплавов, скорости сварки, расстояния от траектории лазерного луча до стыка двух материалов и мощности лазерного излучения на формирование тепловых полей. Исследована микроструктура сварных соединений приведенных систем, с помощью сканирующей электронной микроскопии определен химический состав диффузионной зоны. Металлографический анализ показал отсутствие недопустимых дефектов в сварном соединении (крупные поры, горячие трещины). Показано наличие тонких прослоек толщиной менее 3 мкм, которые обладают переменным составом, что косвенно подтверждает отсутствие непрерывных прослоек интерметаллидов в обеих системах. Толщина переходной зоны для системы Al – Ti составила 15–20 мкм, для системы Al – Cu 15–30 мкм. Сравнение расчетов по модифицированной модели процесса формирования шва со значениями ширины расплавленной зоны, полученными при экспериментах по лазерной сварке пластин из алюминиевого сплава с медными и титановыми пластинами, показали хорошую сходимость расчетных и экспериментальных данных. Экспериментально подтверждена возможность использования лазерных технологий для сварки разнородных материалов. Сформулированы основные предпосылки использования лазерной сварки разнородных материалов для систем алюминий – медь, алюминий – титан в промышленности.

Работа выполнена в рамках гранта президента РФ для ведущих научных школ НШ-1217.2014.8 по теме «Исследование и моделирование процессов формирования шва при сварке разнородных материалов концентрированными потоками энергии».

1. Рябов В. Р., Рабкин Д. М. Сварка разнородных материалов. — М. : Машиностроение, 1984. — 239 с.
2. Majumdar B., Galun R., Weisheit A., Mordike B. L. Formation of a crack-free joint between Ti alloy and Al alloy by using a highpower CO₂ laser // Journal of Materials Science. 1997. N 12, Vol. 32, is. 23. P. 6191–6200.
3. Yao C., Xu B., Zhang X., Huang J., Fu J., Wu Y. Interface microstructure and mechanical properties of laser welding copper-steel dissimilar joint // Optics and Lasers in Engineering. 2009. Vol. 47, is. 7/8. P. 807–814.
4. Katayama S., Joo S. M., Mizutani M., Bang H. S. Laser weldability of aluminum alloy and steel // Materials Science Forum. 2005. Vol. 502. P. 481–486.
5. Durgutlua A., Gülença B., Findik F. Examination of copper/stainless steel joints formed by explosive welding // Materials & Design. 2005. Vol. 26, is. 6. P. 497–507.
6. Shiri S. G., Nazarzadeh M., Sharifitabar M., Afarani M. S. Gas tungsten arc welding of CP-copper to 304 stainless steel using different filler materials // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 2012. Vol. 22. P. 2937−2942.
7. Imani Y., Besharati Givi M. K., Guillot M. Improving Friction Stir Welding between Copper and 304L Stainless Steel // Advanced Materials Research. 2011. Vol. 409. P. 263–268.
8. Mazar Atabaki M., Noor Wati J., Bteidris J. Transient liquid phase diffusion bonding of stainless steel 304 // Metall. Mater. Eng. 2012. Vol. 18 (3). P. 177–186.
9. Magnabosco I., Ferro P., Bonollo F., Arnberg L. An investigation of fusion zone microstructures in electron beam welding of copper-stainless steel // Materials Science аnd Engineering: A. 2006. Vol. 424, is. 1/2. P. 163–173.
10. Климова О. Г., Туричин Г. А., Лопота В. А., Шамшурин А. И., Сизова И. А. Особенности структуры металла сварных соединений при электронно-лучевой сварке разнородных материалов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2013. № 2. С. 125–132.
11. Turichin G. A., Klimova O. G., Babkin K. D., Pevzner Ya. B. Effect of thermal and diffusion processes on formation of the structure of weld metal in laser welding of dissimilar materials // Metal Science and Heat Treatment. Vol. 55, iss. 9–10. P. 569–574.
12. Туричин Г. А., Валдайцева Е. А., Цибульский И. А. Компьютерный анализ процессов лучевой обработки материалов: система моделирования LaserCAD // Фотоника. 2008. № 6. C. 18–20.
13. Лопота В. А., Туричин Г. А., Валдайцева Е. А., Дилтей У., Гуменюк А. Исследование и моделирование формирования интерметаллических включений при лазерной обработке Al – Mg сплавов // Известия вузов. Приборостроение. 2004. Т. 47. С. 39–44.

14. Банных О. А., Будберг П. Б., Алисова С. П. и др. Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа. — М. : Металлургия, 1986. — 440 с.
15. Mishin Y., Herzig Chr. Diffusion in Al – Ti system // Acta Materialia. 2000. Vol. 48, is. 3. P. 589–623.
16. Bang H., Song H., Joo S. Joint properties of dissimilar Al6061-T6 aluminum alloy/Ti – 6 %Al – 4 % V titanium alloy by gas tungsten arc welding assisted hybrid friction stir welding // Materials & Design. 2013. Vol. 51. P. 544–551.
17. Chen S., Li L., Chen Y., Dai J., Huang J. Improving interfacial reaction nonhomogeneity during laser welding-brazing aluminum to titanium // Ibid. 2011. Vol. 32. P. 4408–4416.
18. Tan C. W., Jiang Z. G., Li L. Q., Chen Y. B., Chen X. Y. Microstructural evolution and mechanical properties of dissimilar Al–Cu joints produced by friction stir welding // Ibid. 2013. Vol. 51. P. 466–473.