Основная проблема при сварке алюминиевых сплавов со сталями обычно заключается в интерметаллических соединениях, образующихся на стыке. Эти соединения чрезвычайно твердые и хрупкие, что может привести к хрупкости сварного шва в местах с более высокой концентрацией интерметалликов. Поэтому допустимы интерметаллические слои толщиной до 10 мкм.
Для того чтобы свести к минимуму возникновение таких соединений был изучен процесс электропроводной сварки. Этот процесс позволяет использовать разницу в температуре плавления и теплопроводности обоих материалов для получения температурных градиентов, позволяющих плавить алюминиевый сплав без плавления стали, несмотря на то что последняя получает лазерное излучение напрямую. Эта жидкостно-твердая связь ограничивает диффузию алюминия по направлению к стали, сводя к минимуму толщину слоя интерметаллических соединений. С другой стороны, в случае сварки в замочной скважине, когда оба сплава расплавляются в зоне стыка, гораздо труднее контролировать образование соединений этого типа, так как диффузия увеличивается по мере того, как оба сплава находятся в жидкой фазе.
Однако эксперименты, проведенные с этим методом электросварки, не дали удовлетворительных результатов, так как в тех случаях, когда мощность слишком мала, температура, достигаемая в алюминиевом листе, недостаточно высока для получения поверхностного плавления, и при постепенном увеличении мощности стальной лист плавится быстрее, безуспешно плавя алюминиевый сплав. Поэтому в данном случае логично использовать лазерную сварку. Если вам нужна лазерная сварка в Москве обратитесь в компанию «Лазерформ», которая предлагает современное и высокотехнологичное лазерное оборудование.
С одной стороны, размеры, и в частности толщина стального листа, очень малы, так что рассеивание тепла очень ограничено, что облегчает формирование этих отверстий в расплавленном материале. С другой стороны, увеличивая размер пятна лазера за счет расфокусировки, профиль излучения пучка перестает быть однородной топ-шляпой, создаваемой в пятне, и переходит в профиль гауссовского типа, где излучение максимальное в центре пятна, но постепенно уменьшается в наружных диаметрах. Более того, подметание линии с круглым лучом еще больше усиливает этот эффект, так как энергия, достигающая сторон линии, ниже, чем энергия, достигающая центральной области. Сочетание этих двух эффектов создает температурные градиенты на поверхности стали, которые при уменьшенной толщине листа не полностью равномерны. Поэтому на стыке двух листов температурный профиль далеко не однороден, так что плавка алюминиевого листа также не может быть однородной. Поэтому для производства стыков этим методом идеальным было бы использование прямоугольного пятна с равномерным освещением.
Поскольку процесс токопроводящей сварки не дал удовлетворительных результатов, было принято решение изучить возможность сварки в стволе скважины тех же самых листов. Для этого стальную пластину облучали сфокусированным лучом, изменяя мощность лазера и линейную скорость процесса для изучения влияния обоих параметров. Получено окно параметров для получения бездефектных сварных соединений очень узкое, так как при слишком низкой подаче энергии наблюдается зазор между обоими материалами, так что, несмотря на то, что оба листа склеиваются, сварной шов слишком слабый. С другой стороны, если энергия слишком высока, то расплавленная зона трещит, предположительно, из-за наличия хрупких фаз.