ФГБОУ ВО «МГТУ имени Н. Э. Баумана (НИУ)», Москва, Россия:

А. Г. Григорьянц, заведующий кафедрой «Лазерные технологии в машиностроении»
И. Н. Шиганов, профессор кафедры «Лазерные технологии в машиностроении», эл. почта: inshig@bmstu.ru
Д. М. Мельников, доцент кафедры «Лазерные технологии в машиностроении»
А. И. Мисюров, доцент кафедры «Лазерные технологии в машиностроении»

В работе принимала участие канд. физ.-мат. наук К. О. Базалеева.

Рассмотрен метод ударной лазерной обработки для снижения растягивающих остаточных напряжений в сварных соединениях алюминиевых сплавов. Метод заключается в воздействии на поверхность материала мощными короткими импульсами лазерного излучения. В работе использован твердотельный лазер Solar LQ 829 с длиной волны 532 нм. Для передачи импульса материалу на обрабатываемую поверхность наносят поглощающее покрытие, которое необходимо для увеличения эффективности абляции и защиты поверхности от оплавления. Выбор материала покрытия зависит от материала подложки, плотности и скорости звука, которые могут создать эффект акустического импеданса. Над поглощающим покрытием должна находиться прозрачная среда с высоким значением акустического импеданса, необходимая для перенаправления энергии ударной волны. Условия, при которых происходит лазерная абляция, приводят к высокой степени направленности воздействия, что и является основной причиной большей глубины наклепа. Проведены анализ и эксперименты по выбору поглощающих материалов и сдерживающей среды. Установлено, что наилучшие результаты на основе измерения микротвердости достигаются при использовании в качестве поглощающего материала алюминиевой фольги, приклеиваемой к обрабатываемой поверхности при помощи гибкой клейкой ленты и воды в качестве сдерживающей среды. Проведена ударная лазерная обработка сварных соединений алюминиевого сплава АМг6, позволившая изменить возникающие после сварки растягивающие напряжения на сжимающие с величиной в 3–4 раза большей, чем до обработки, что благоприятно влияет на механические свойства.
В работе использовано оборудование УНУ «Пучок М».

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда по гранту № 171901706.

1. Зайцев В. И., Дружинин А. Т., Семин Д. П., Якушин Б. Ф. О преимуществах импульсной дуговой МИГ-сварки высокопрочных алюминиевых сплавов // Сварка и диагностика. 2010. № 2. С. 34–39.
2. Зыков С. А., Павлова В. И., Осокин В. П. Импульсно-дуговая сварка плавящимся электродом полуфабрикатов из алюминиево-магниевых сплавов в широком диапазоне толщин // Вопросы материаловедения. 2015. № 1 (81). С. 229–239.
3. Zhang L., Li X., Nie Z., Huang Hui, Sun J. Microstructure and mechanical properties of a new Al – Zn – Mg – Cu alloy joints welded by laser beam // Materials & Design. 2015. Vol. 83. P. 451–458.
4. Zhang X., Yang W., Xiao R. Microstructure and mechanical properties of laser beam welded Al – Li alloy 2060 with Al – Mg filler wire // Materials & Design. 2015. Vol. 88. P. 446–450.
5. Николаев Г. А., Арбузов Ю. П. Металловедение алюминиевых сплавов : сб. статей / под ред. С. Т. Кишкина — М. : Наука, 1985. — 237 с.
6. Николаев Г. А., Фридляндер И. Н., Арбузов Ю. П. Свариваемые алюминиевые сплавы. — М. : Металлургия, 1990. — 296 с.
7. Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н., Мисюров А. И., Малов И. Е., Михайлов В. С., Коломеец Н. П. Разработка технологии и нового оборудования для ультразвуковой ударной обработки сварных соединений // Сварочное производство. 2015. № 9. С. 38–42.
8. Голиков Н. И., Сидоров М. М. Перераспределение остаточных сварочных напряжений при ультразвуковой ударной обработке сварных соединений стыков труб // Сварочное производство. 2011. № 5. С. 3–6.
9. Liu C., Ge Q., Chen D., Gao F., Zou J. Residual stress variation in a thick welded joint after ultrasonic impact treatment // Science and Technology of Welding and Joining. 2016. Vol. 21 (8). P. 624–631.
10. Gujba A., Medraj M. Laser Peening Process and Its Impact on Materials Properties in Comparison with Shot Peening and Ultrasonic Impact Peening // Materials. 2014. Vol. 7. P. 7925–7974.
11. Montross C., Wei T., Ye L., Clark G., Mai Y. Laser shock processing and its effects on microstructure and properties of metal alloys: A review // International Journal Fatigue. 2006. Vol. 24. P. 1021–1036.
12. Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н., Мисюров А. И. Технологические процессы лазерной обработки. — М. : МГТУ им. Баумана, 2008. — 650 с.
13. Григорьянц А. Г., Михайлов В. С., Шиганов И. Н. и др. Технология и оборудование для упрочнения сварных конструкций // Вестник технологии судостроительства и судоремонта. 2013. № 21. С. 91–94.
14. Brockman R. A., Braisted W. R., Olson S. E., Tenaglia R. D., Clauer A. H., Langer K., Shepard M. J. Prediction and characterization of residual stresses from laser shock peening // International Journal Fatigue. 2012. Vol. 36. P. 96–108.
15. Luo K. Y., Wang C. Y., Li Y. M., Luo M., Huang S., Hua X. J., Lu J. Z. Effects of laser shock peening and groove spacing on the wear behavior of non-smooth surface fabricated by laser surface texturing // Appl. Surf. Sci. 2014. Vol. 313. P. 600–606.
16. Wang J. T., Zhang Y. K., Chen J. F., Zhou J. Y., Ge M. Z., Lu Y. L., Li X. L. Effects of laser shock peening on stress corrosion behavior of 7075 aluminum alloy laser welded joints // Materials Science & Engineering : A. 2015. Vol. 647. P. 7–14.
17. Шиганов И. Н., Мельников Д. М. Влияние лазерной ударной обработки на свойства сварных соединений алюминиевых сплавов // Сварочное производство. 2018. № 4. С. 12–17.
18. Уманский Я. С., Скаков Ю. А., Иванов А. Н., Расторгуев Л. Н. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия. — М. : Металлургия, 1982. — 632 с.