Registration Number
0826U003209, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
16-07-2026
popup.evolution
o
Title
Physico-metallurgical regularities of laser welding of thin-walled structures made of Al–Mg alloys under reduced pressure conditions
Author
Andrii O. Aloshyn,
popup.head Volodymyr M. Korzhyk
popup.opponent Pavlo V. Kondrashev
popup.opponent Oleksandr Shatrava
popup.review Artemii V. Bernatskyi
popup.review Anatoliy V. Zavdoveev
popup.rada
E.O. Paton Electric Welding Institute (PWI)
Description
Дисертаційну роботу присвячено дослідженню процесів лазерного зварювання тонкостінних конструкцій з алюмінієвих сплавів в умовах різних типів і тиску захисного середовища. Зокрема, виявлено закономірності формування температурних полів, геометрії проплавлення та структури металу при використанні волоконного лазера для зварювання алюміній-магнієвих сплавів у форвакуумному діапазоні (10–190 Па) та проведено їх порівняння з умовами зварювання в аргоновому середовищі при тиску 105 кПа і у відкритій атмосфері з локальним аргоновим захистом.
На першому етапі досліджень проаналізовано фізико-металургійні процеси та закономірності структуроутворення в зоні лазерного проплавлення алюміній-магнієвих сплавів у захисних газових атмосферах різного тиску. Дослідження охоплювали три взаємопов’язані напрями: формування температурних полів і геометрії проплавлення; розподіл легувальних елементів у металі зони переплавлення; формування мікро- та субструктури металу проплавлення і прилеглих зон. Це дозволило встановити зв’язок між параметрами процесу та структурним станом матеріалу. Отримані результати стали основою для розроблення науково обґрунтованих методично-технологічних підходів до формування технології лазерного зварювання тонкостінних циліндричних оболонок з торцевими елементами з алюміній-магнієвих сплавів в умовах пониженого тиску.
Важливою складовою роботи є аналіз напружено-деформованого стану зварних з’єднань, що включав експериментальне визначення залишкових напружень, дослідження їх локального розподілу та валідацію розрахункових моделей. Підсумковим етапом є оцінка міцності герметизувальних зварних з’єднань із застосуванням випробувань на зсув, що відповідає реальним умовам їх експлуатації.
У роботі отримало подальший розвиток уявлення про вплив тиску навколишнього середовища на глибину проплавлення при лазерному зварюванні алюмінієвих сплавів. Встановлено, що зниження тиску до 170–190 Па призводить до зменшення розміру плазмового факела та підвищення оптичної однорідності середовища. Це забезпечує збільшення глибини проплавлення в середньому у 3–6 разів порівняно зі зварюванням у відкритій атмосфері та в аргоні при тиску 105 кПа.
Вперше встановлено, що зменшення тиску навколишнього середовища від 190 до 10 Па практично не впливає на глибину проплавлення і геометричні параметри зварних швів алюмінієвих сплавів. Водночас застосування керованого газодинамічного впливу (обдув аргоном 4 л/хв) дозволяє до десяти разів підвищити ефективність поглинання випромінювання порівняно з процесами при нормальному тиску.
На прикладі сплаву 5083 Al–Mg–Mn встановлено, що при зварюванні в умовах пониженого тиску (10–190 Па), а також у відкритій атмосфері з локальним аргоновим захистом і в аргоновому середовищі (~105 кПа), формуються переважно зерна рівноосної форми (10–50 мкм). Водночас для умов пониженого тиску характерне формування витягнутих зерен уздовж лінії сплавлення розміром до 100 мкм.
Встановлено, що при лазерному зварюванні в умовах пониженого тиску (10–190 Па) у зварних швах не утворюються включення оксидної плівки розміром понад 0,002 мм, що є характерним дефектом при зварюванні у відкритій атмосфері з локальним аргоновим захистом.
Вперше показано, що при лазерному зварюванні алюмінієвих сплавів систем Al–Mg–Mn і Al–Zn–Mg–Cu в умовах пониженого тиску (10–190 Па) за рахунок підвищення швидкості розльоту парів з парогазового каналу та його поглиблення відбувається зменшення втрат легувальних елементів (Mg, Zn) щонайменше на 25–45%. Подальше зниження втрат досягається застосуванням обдуву ванни аргоном (4 л/хв) в умовах динамічного форвакууму.
Розроблено науково обґрунтовані методично-технологічні підходи та відпрацьовано технологію герметизуючого лазерного зварювання тонкостінних (2–2,5 мм) осесиметричних циліндричних оболонок із торцевими елементами із алюмінієвих сплавів в інертній атмосфері пониженого тиску (170–190 Па). Забезпечується формування ненаскрізних зварних швів розміром не більше 0,5×0,5 мм із герметичністю на рівні витоку гелію менше 1,5–5×10⁻⁹ Па·м³/с, що відповідає вимогам приладобудування.
Розроблено методику та технологічне оснащення, проведено випробування зварних з’єднань на зсув, за результатами яких встановлено, що середні значення границі міцності становлять 160–247 МПа залежно від системи легування. Доведено визначальну роль захисного середовища: застосування аргону підвищує міцність на 20–40%, а понижений тиск – на 40–70% відносно відкритої атмосфери, що зумовлено підвищенням ефективності поглинання енергії та зменшенням плазмового екранування.
Підтверджено практичну значущість отриманих результатів, які впроваджено в Україні при створенні технологічного процесу та обладнання для лазерного зварювання тонкостінних конструкцій з алюмінієвих сплавів.
Registration Date
2026-07-08
popup.nrat_date
2026-07-08 / 2026-08-10
