Автоматичне зварювання, 2023, №12



2023 №12 (03)

DOI of Article 10.37434/as2023.12.04

2023 №12 (05)

---

Журнал «Автоматичне зварювання», № 12, 2023, с. 24-33

Гібрідне лазерно-плазмове зварювання: ефективність і нові можливості (Огляд)

В.М. Коржик¹, В.Ю. Хаскін¹, Є.В. Ілляшенко¹, С.І. Пелешенко³, А.А. Гринюк¹, О.А. Бабич², А.О. Альошин², О.М. Войтенко¹

¹ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
²ТОВ «Зовнішньоекономічне представництво Китайсько-українського інституту зварювання ім. Є.О. Патона». 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11.
³НТУУ «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». 03056, м. Київ, просп. Берестейський, 37.

Розглянуто дослідницькі статті, присвячені розвитку лазерно-плазмових процесів в останні два десятиріччя. Встановлено, що сучасні напрямки наукових досліджень процесів лазерно-плазмового зварювання переважно спрямовані на вивчення особливостей спільної дії на сталі і сплави стисненої дугової плазми і лазерного випромінювання з довжиною хвилі 1,03…1,07 мкм (в першу чергу – волоконного лазера), а також на вивчення фізичних основ прояву синергетичного (гібридного) ефекту при такій дії та визначення можливостей його практичного застосування. Зокрема визначено, що підвищення ефективності прояву синергетичного ефекту пов’язано з покращенням умов горіння плазмової дуги в зоні іонізованого факелу парів, що утворюється під дією сфокусованого лазерного випромінювання, а також спрощенням формування лазерного кейхолу за рахунок тиску плазмової дуги. Бібліогр. 49, рис. 9.
Ключові слова: лазерно-плазмове зварювання, синергетичний ефект, ефективність процесу, сталі, алюмінієві сплави, промислове застосування


Надійшла до редакції 06.09.2023

Список літератури

1. Steen, W.M., Eboo, M. (1979) Arc augmented laser welding. Metal Construction, 11(7), 332–335.
2. Gvozdetsky, V. S., Krivtsun, I. V., Chizhenko, M. I. et. al. (1995) Laser-arc discharge: Theory and application. Welding and Surfacing Rev. 3, Harwood.
3. Кривцун И.В., Чиженко М.И. (1997) Основы расчета лазерно-дуговых плазмотронов. Автомат. сварка, 1, 16–23.
4. Dykhno, I.S., Krivtsun, I.V., Ignatchenko, G.N. (1997) Combined Laser and Plasma Arc Welding Torch. Patent US5700989.
5. Quintino, L., Costa, A., Miranda, R. et al. (2007) Welding with high power fiber lasers – A preliminary study. Materials & Design, 28(4), 1231–1237. DOI: https://doi.org/10.1016/j. matdes.2006.01.009
6. Кривцун И.В. (2001) Модель испарения металла при дуговой, лазерной и лазерно-дуговой сварке. Автомат. сварка, 3, 3–10.
7. Кривцун И.В. (2001) Особенности проплавления металла при лазерно-дуговой сварке с использованием ИАГ-лазера. Автомат. сварка, 12, 33–36.
8. Zhiyong, L., Srivatsan, T.S., Yan, L. et. al. (2013) Coupling of Laser with Plasma Arc to Facilitate Hybrid Welding of Metallic Materials: A Review. J. of Materials Engineering and Performance, 22(2), 384–395. DOI: https://doi.org/10.1007/ s11665-012-0280-6
9. Shikai, Wu, Rongshi, Xiao. (2015) Effect of high power CO2 and Yb:YAG laser radiation on the characteristics of TIG arc in atmospherical pressure argon and helium. Optics & Laser Technology, 67, 169–175. DOI: https://doi.org/10.1016/j.optlastec. 2014.10.018
10. Hu, B., den Ouden, G. (2005) Synergetic effects of hybrid laser/arc welding. Science and Technology of Welding and Joining, 10(4), 427–431. DOI: https://doi. org/10.1179/174329305X44170
11. Zhang, C., Gao, M., Zeng, X. (2019) Influences of synergy effect between laser and arc on laser-arc hybrid welding of aluminum alloys. Optics & Laser Technology, 120, 105766. DOI: https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2019.105766
12. Mahrle, A., Schnick, M., Rose, S. et. al. (2011) Process characteristics of fibre-laser assisted plasma arc welding. Phys. D: Appl. Phys. 44, 345502. DOI: 10.1088/0022-3727/44/34/345502
13. Hipp, D., Mahrle, A., Jäckel, S. et. al. (2018) Füssel U. Method for high accuracy measurements of energy coupling and melting efficiency under welding conditions. J. of Laser Applications, 30, 032414. DOI: https://doi.org/10.2351/1.5040615
14. Hipp, D., Mahrle, A., Beyer, E. et. al. (2019) Thermal Efficiency Analysis for Laser-Assisted Plasma Arc Welding of AISI 304 Stainless Steel. Materials, 12, 1460. DOI: https:// doi.org/10.3390/ma12091460
15. Коржик В.М., Хаскін В.Ю., Гринюк А.А. та ін. (2021) Особливості лазерноплазмового зварювання корозійностійкої сталі AISI 304 з використанням лазера. Автомат. зварювання, 12, 18–26. DOI: https://doi. org/10.37434/as2021.12.02
16. Meng, Y., Gao, M., Zeng, X. (2018) Effects of arc types on the laser-arc synergic effects of hybrid welding. Optics Express, 26(11), 14775–14785. DOI: https://doi.org/10.1364/ OE.26.014775
17. Emmelmann, C., Kirchhoff, M., Petri, N. (2011) Development of Plasma-Laser-Hybrid Welding Process. Physics Procedia, 12, 194–200. DOI: https://doi.org/10.1016/j. phpro.2011.03.025
18. Walduck, R.P. (1999) Enhanced Laser Beam Welding. Patent US5866870.
19. Dykhno, I., Ignatchenko, G., Bogachenkov, Е. (2002) Combined Laser and Plasma-Arc Processing Torch and Method. Patent US6388227.
20. Kim, C.H., Ahn. Y.H., Kim, J.H. (2011) CO2 Laser-Micro Plasma Arc Hybrid Welding for Galvanized Steel Sheets. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 21(1), 47–53. DOI: https://doi.org/10.1016/S1003-6326(11)61059-5
21. Stelling, K., Lammers, M., Schobbert, H. et al. (2006) Qualification of Nd:YAG and CO2 Laser Plasma Hybrid Welding with Filler Material Powder. Welding and Cutting, 5(6), 330– 334.
22. Stelling, K., Schobbert, H., Kannengiesser, Th. et. al. (2005) Vertical-up and -down laser plasma powder hybrid welding of a high nitrogen austenitic stainless steel. Welding in the World, 49(5/6), 45–49.
23. Rose, S., Mahrle, A., Schnick, M. et. al. (2013) Plasma welding with a superimposed coaxial fiber laser beam. Welding in the World, 57(6), 857–865. https://doi.org/10.1007/s40194-013-0079-6
24. Beyer, E., Standfuss, J. (2012) Innovations in laser welding using high brightness lasers. Heriot-Watt IMRC Conference, 26th June 2012, Edinburgh.
25. Mahrle, A., Rose, S., Schnick, M. et. al. (2013) Laser-assisted plasma arc welding of stainless steel. J. of Laser Applications, 25, 032006. DOI: https://doi.org/10.2351/1.4798338
26. Mahrle, A., Rose, S., Schnick, M. et. al. (2013) Stabilisation of plasma welding arcs by low power laser beams. Science and Technology of Welding and Joining, 18(4), 323–328. DOI: https://doi.org/10.1179/1362171813Y.0000000109
27. Turichin, G., Lopota, V., Valdaitseva, E. et. al. (2007) Peculiarity of phase transformation kinetics and control of material microstructure formation during laser hybrid welding. In: Laser Technologies in Welding and Materials Processing. Kiev: E.O. Paton Electric Welding Institute, NASU, 126–130.
28. Swanson, P.T., Page, C.J., Read, E. et. al. (2007) Plasma augmented laser welding of 6 mm steel plate. Science and Technology of Welding and Joining, 12(2), 153–160. DOI: https:// doi.org/10.1179/174329307X164283
29. Fanrong Kong, Haiou Zhang, Guilan Wang. (2009) Modeling of Thermal-metallurgical Behavior during Hybrid Plasma-laser Deposition Manufacturing. Progress in Electromagnetics Research Symposium. Beijing, China, March 23–27, 946–953.
30. Туричин Г.А., Цибульский И.А., Земляков Е.В. и др. (2009) О системе мониторинга лазерно-дуговой сварки. Металлообработка, 6, 46–48.
31. Сидорец В.Н., Бушма А.И., Хаскин В.Ю. (2012) Перспективы применения гибридной лазерно-плазменной сварки нержавеющих сталей в машиностроении. Вісник Донбаської державної машинобудівної академії, 3(28), 244–246.
32. Кривцун И.В., Бушма А.И., Хаскин В.Ю. (2013) Гибридная лазерно-плазменная сварка нержавеющих сталей. Автомат. зварювання, 3, 48–52.
33. Korzhyk, V., Khaskin, V., Grynyuk, A. (2022) Comparison of the features of the formation of joints of aluminum alloy 7075 (Al–Zn–Mg–Cu) by laser, microplasma, and laser-microplasma welding. Eastern-European J. of Enterprise Technologies, 1/12(115), 38–47. DOI: https://doi. org/10.15587/1729-4061.2022.253378
34. Кривцун И.В., Шелягин В.Д., Хаскин В.Ю. (2007) Гибридная лазерно-плазменная сварка алюминиевых сплавов. Автомат. сварка, 5, 49–53.
35. Маркашова Л.И, Шелягин В.Д., Кушнарева О.С. и др. (2015) Влияние технологических параметров лазерного и лазерно-плазменного легирования на свойства наплавленных слоев стали 38ХН3МФА. Автомат. сварка, 5-6, 131–137.
36. Репкин Д.А., Мелюков В.В., Гукасов А.К. и др. (2013) Определение режима воздействия концентрированными потоками энергии на материалы методом обратной задачи. Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2(2), 88–91.
37. Багаев С.Н., Грачев Г.Н., Смирнов А.Л. и др. (2014) Применение метода лазерно-плазменной модификации поверхности металлов для улучшения триботехнических характеристик цилиндров двигателей внутреннего сгорания. Обработка металлов, 1(62), 14–22.
38. Борисов Ю.С., Демченко В.Ф., Лесной А.Б. и др. (2013) Численное моделирование теплообмена и гидродинамики при лазерно-плазменной обработке металлических материалов. Автомат. сварка, 4, 3–8.
39. Пелешенко С.І., Хаскін В.Ю., Коржик В.М. та ін. (2022) Особливості зварювання висококонцентрованими джерелами нагрівання міцних сплавів на основі алюмінію і берилію (Огляд). Автомат. зварювання, 12, 9–19. DOI: https://doi.org/10.37434/as2022.12.02
40. Svenungsson, J., Choquet, I., Kaplan, A. (2015) Laser Welding Process – A Review of Keyhole Welding Modelling. Physics Procedia, 78, 182–191. DOI: https://doi.org/10.1016/j. phpro.2015.11.042
41. Шишов А.Ю., Третьяков Р.С., Третьяков Е.С. (2012) Перспективы разработки технологии лазерно-плазменной сварки изделий больших толщин в судостроении с использованием порошкового присадочного материала. Инженерный журнал: наука и инновации, 6, 146–152. https://rucont.ru/efd/274958
42. Page, C. J., Devermann, T., Biffin, J. et. al. (2002) Plasma augmented laser welding and its applications. Science and Technology of Welding and Joining. 7(1), 10–15. DOI: https://doi.org/10.1179/136217102225001313
43. Yoon, S.H., Hwang, J.R., Na, S.J. (2007) A study on the plasma-augmented laser welding for small-diameter STS tubes. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 32, 1134–1143. DOI: https://doi.org/10.1007/s00170-006-0436-3
44. Lasertechnik aktuell (2007) Bremer Institut für angewandte Strahltechnik Bulletin, 2.
45. Möller, F. (2016) Wechselwirkung zwischen Lichtbogen und Laserstrahl bei Aluminium. Strahltechnik, Bd. 59, Bremen: BIAS Verlag.
46. Peleshenko, S., Kvasnytskyi, V., Khaskin, V. et. al. (2022) Features of physical and metallurgical processes during welding of thin-walled aluminum alloy structures using laser radiation. Danish Scientific J., 65, 50–59. DOI: https://doi. org/10.5281/zenodo.7271299
47. Bernatskyi, A., Khaskin, V. (2021) The history of the creation of lasers and analysis of the impact of their application in the material processing on the development of certain industries. History of Science and Technology. 11(1), 125–149. DOI: https://doi.org/10.32703/2415-7422-2021-11-1-125-149
48. Шелягин В.Д., Кривцун И.В., Борисов Ю.С. и др. (2005) Лазерно-дуговые и лазерно-плазменные технологии сварки и нанесения покрытий. Автомат. сварка, 8, 49–54.
49. Korzhyk, V., Bushma, O., Khaskin, et. al. (2017) Analysis of the Current State of the Processes of Hybrid Laser-Plasma Welding. In: Proceedings of the Second International Conference on Mechanics, Materials and Structural Engineering (ICMMSE 2017). Advances in Engineering Research (AER), 102, 80–90. DOI: https://doi.org/10.2991/ icmmse-17.2017.14

---

Реклама в цьому номері:

---