Владимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Владимир, Россия:

А. Б. Люхтер, советник при ректорате

ООО «Новые технологии лазерного термоупрочнения», Владимир, Россия:
А. Н. Шлегель, начальник лазерного производства, эл. почта: shlegel@laser33.ru

Создание транспортных средств нового поколения, работающих на электрическом приводе, требует решения проблемы снижения их массы, для достижения транспортными средствами, работающими на дизельном топливе или бензине, динамических характеристик, необходимых для увеличения хода. Проблема решается путем снижения массы всего корпуса или отдельных корпусных деталей за счет применения легких материалов, таких как алюминий. Применение облицовки из алюминиевых сплавов в сочетании со стальным каркасом позволяет улучшить коррозионную стойкость и значительно снизить массу транспортных средств. В настоящее время сталь соединяют с алюминием путем склеивания или механически при помощи заклепок и сваркой. Прогрессивным методом соединения разнородных материалов является лазерная сварка, которая за счет высокой степени автоматизации и возможности широкого регулирования технологическими режимами является незаменимым инструментом. За счет оптимизации технологических режимов лазерной сварки имеется возможность достижения высоких показателей стойкости сварного соединения к знакопеременным динамическим разрушающим нагрузкам. Работа посвящена оптимизации технологических режимов лазерной сварки листов из алюминиевых сплавов и конструкционных сталей. Сварку выполняли на лазерном роботизированном комплексе, состоящем из иттербиевого волоконного лазера мощностью 3 кВт, шестиосевого робота манипулятора с точностью позиционирования ±0,07 мм. Определены критерии оптимальных параметров технологических режимов лазерной сварки внахлест. Выполнены исследования, направленные на определение предела прочности, относительного удлинения и несплошности сварного соединения в зависимости от технологических параметров лазерной сварки внахлест на примере образцов из алюминиевого сплава АМг2М и стали Ст3. Получены физико-механические характеристики сварных соединений, близкие к характеристикам сплава АМг2М. Определены оптимальные технологические режимы лазерной сварки внахлест следующих пар сварных соединений, имеющих разную толщину: 3,0 мм Ст3 + 3,0 мм АМг2М; 1,5 мм Ст3 + 3,0 мм АМг2М. Подобраны наиболее эффективные формы сварных соединений, способных сопротивляться сдвиговому усилию на 360^о.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации. Соглашение о предоставлении субсидии № 14.577.21.0158 от 28 ноября 2014 г. Уникальный идентификатор ПНИЭР RFMEFI57714X0158.

1. Schubert E., Klassen M., Zerner I., Walz C., Sepold G. Lightweight structures produced by laser beam jointing for future applications in automobile and aerospace industry // Journal of materials processing technology. 2001. Vol. 115. P. 2–8.
2. Schimek M., Springer A., Kaierle S., Kracht D., Wesling V. Laser-welded dissimilar steel-aluminum seams for automotive light weight construction // Physics Procedia. 2012. Vol. 39. P. 43–50.
3. Chen H. C., Pinkerton A. J., Li L., Liu Z., Mistry A. T. Gapfree fibre laser welding of Zn-coated steel on Al alloy for lightweight automotive applications // Materials and Design. 2011. Vol. 32. P. 495–504.
4. Pardal G., Meco S., Ganguly S., Williams S., Prangnell P. Dissimilar metal laser spot joining of steel to aluminium in conduction mode // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2014. Vol. 73. P. 365–373.
5. Meco S., Pardal G., Ganguly S., Williams S., McPherson N. Application of laser in seam welding of dissimilar steel to aluminium joints for thick structural components // Optics and Lasers in Engineering. 2015. Vol. 67. P. 22–30.
6. Ghassemieh E. Materials in automotive application, state of the art and prospects // New Trends and Developments in Automotive Industry / Ed. М. Chiaberge. — Croatia : InTech, 2011. P. 365–394.
7. Kalaiselvan K., Elango A. Studies of interfacial microstructure and mechanical properties on dissimilar sheet metal combination joints using laser beam welding // International Scholarly and Scientific Research & Innovation. 2014. Vol. 8 (11). P. 1865–1872.
8. Lee K. J., Shinji Kumai, Takashi Arai. Interfacial microstruct ure and strength of steel to aluminum alloy lap joints welded by a defocused laser beam // Materials Transactions. 2005. Vol. 46, No. 8. P. 1847–1856.
9. Windmann M., Röttger A., Kügler H., Theisen W., Vollertsen F. Laser beam welding of aluminum to Al-base coated highstrength steel 22MnB5 // Journal of Materials Processing Technology. 2015. Vol. 217. P. 88–95.
10. РД 26-11-08–86. Соединения сварные. Механические испытания. — Введ. 1987–01–01.
11. ISO 13919-2:2001. Welding. Electron and laser beam welded joints. Guidance on quality levels for imperfections. Part 2: Aluminium and its weldable alloys ; publ. 1996-08-01 ; rev. 2011-12-20.
12. Шиганов И. Н., Шахов С. В., Холопов А. А. Лазерная сварка алюминиевых сплавов авиационного назначения // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». 2012. № 6. С. 34–50.
13. Пат. 161588. РФ. Устройство закрепления образцов сварных соединений внахлест при статическом растяжении / Люхтер А. Б., Валуйских В. П., Скворцов К. В. ; заявитель и патентообладатель Владим. гос. ун-т имени А. Г. и Н. Г. Столетовых. ; заявл. 29.12.2015 ; опубл. 06.04.2016.
14. Shlegel A. N., Evtikheev N. N., Gusev D. S., Ivanchenko A. B. Modeling of butt and lap joint laser welding of aluminum alloys and constructional steel sheets // Non-ferrous Metals. 2016. No. 1 (40). P. 27–32. DOI: 10.17580/nfm.2016.01.05
15. ГОСТ 6996–66. Сварные соединения. Методы определения механических свойств. — Введ. 1967–01–01.
16. ГОСТ 10243–75. Сталь. Методы испытаний и оценки макроструктуры. — Введ. 1978–01–01.
17. ГОСТ 1778–70. Сталь. Металлографические методы определения неметаллических включений. — Введ. 1972–01–01.