Повышение эффективности гибридной сварки алюминиевых сплавов

Abstract

Одним из актуальных направлений современной науки и техники в области сварки металлов плавлением является создание новых лазерно-дуговых источников тепла. Учет их физических особенностей может способствовать росту производительности лазерно-дуговой сварки за счет повышения эффективного КПД, т.е. увеличения отношения мощности теплового источника, действующей на металл при сварке, к суммарной мощности электрической дуги и лазерного излучения. Одним из путей повышения эффективного КПД сварки является снижение потерь лазерной энергии, связанных с отражением излучения от свариваемой поверхности. В работе изучено влияние сопутствующего подогрева, обеспечиваемого электрической дугой, на изменение условий поглощения лазерного излучения алюминиевыми сплавами при их лазерно-дуговой сварке. На основе изучения поведения парогазового канала при гибридной сварке была сформулирована и решена задача по определению температурной зависимости коэффициента поглощения лазерного излучения алюминием в рамках модели почти свободных электронов. Сравнение полученных расчетных зависимостей поглощательной способности с имеющимися экспериментальными данными показало удовлетворительное совпадение. Для определения таких параметров режима лазерно-дуговой сварки, как мощность дуговой составляющей и расстояние между зоной действия дуги и осью лазерного пучка, решали соответствующее уравнение теплопроводности. Экспериментальная проверка предложенного подхода к повышению эффективного КПД гибридной сварки, проведенная на образцах из алюминиевого сплава АМ г6, подтвердила достоверность спрогнозированных результатов.

Development of new laser-arc heat sources is one of the urgent directions of modern science and engineering in the field of fusion welding of metals. Allowing for their physical features can promote increase of laser-arc welding productivity due to improvement of effective efficiency, i.e. increase of the ratio of power of the heat source applied to the metal in welding to the total power of the electric arc and laser radiation. One of the ways to improve the effective efficiency of welding is reduction of laser energy losses associated with radiation reflection from the surface being welded. The work is a study of the influence of concurrent heating, provided by the electric arc, on the change of the conditions of laser radiation absorption by aluminum alloys in their laser-arc welding. The problem of determination of temperature dependence of the coefficient of laser radiation absorption by aluminum was defined and solved within the model of almost free electrons on the base of studying vapour-gas channel behavior in hybrid welding. Comparison of obtained calculation dependencies of absorption capacity with the available experimental data showed satisfactory agreement. The respective heat conductivity equation was solved, in order to determine such parameters of laser-arc welding mode as arc component power and distance between the arc impact zone and laser beam axis. Experimental verification of the proposed approach to increase of effective efficiency of laser welding, performed on samples of aluminum alloy AMg6, confirmed the validity of the predicted results.