Разработка подходов к оптической диагностике процесса формирования лазерного сварного шва в режиме реального времени на основе лазерной эмиссионной спектроскопии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Сварка металлов подвержена разного рода случайным процессам, ухудшающим качество шва, - от наличия неоднородностей в металле до самопроизвольно возникающих импульсных процессов. Выборочный разрушающий контроль до начала сварки не может исключить наличие неоднородностей, не поможет при спонтанных нарушениях режима. Поэтому сегодня, особенно в связи с массовым внедрением волоконных лазеров, актуальна разработка новых подходов к диагностике процесса лазерной сварки в режиме реального времени. Задачей данной работы была разработка подходов к оптической диагностике процесса формирования гетерогенного материала на основе лазерной эмиссионной спектроскопии. Создана экспериментальная установка для разработки подходов к оптической диагностике процесса формирования гетерогенного материала, что является актуальной задачей для аддитивных технологий и лазерной сварки. Показано, что для актуальных в промышленности алюминиевых сплавов (1420, 1580, АМГ) удается регистрировать спектры газоплазменного шлейфа, возникающего под воздействием лазерного излучения на поверхность металла. Эти спектры зависят от режима воздействия излучения и отражают процессы испарения атомов и молекул из ванны расплава. Дальнейшие исследования позволят установить характер этой связи и на ее основе разрабатывать оптимальные режимы технологических процессов, осуществлять управление этими процессами в режиме реального времени.

Об авторах

Н. А Маслов

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук

Email: nmaslov@itam.nsc.ru
Новосибирск, Россия

С. А Константинов

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук

Новосибирск, Россия

А. Г Маликов

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук

Новосибирск, Россия

Список литературы

  1. Guo Q., Qu M., Chuang C.A., Xiong L., Nabaa A., Young Z.A., Ren Y., Kenesei P., Zhang F., Chen L. Phase transformation dynamics guided alloy development for additive manufacturing // Addit. Manuf. 2022. V. 59. Part A. P. 103068.
  2. Lednev V.N., Yakovlev A.V., Labutin T.A., Popov A.M., Zorov N. B. Selection of an analytical line for determining lithium in aluminum alloys by laser induced breakdown spectrometry //j. Anal. Chem. 2007. V. 62. No. 12. P. 1151-1155.
  3. Rai A.K., Yueh F.-Y., Singh J.P. Laser-induced breakdown spectroscopy of molten aluminum alloy // Appl. Opt. 2003. V. 42. No. 12. P. 2078-2084.
  4. Lednev V.N., Sdvizhenskii P.A., Stavertiy A.Ya., Grishin M.Ya., Tretyakov R.S., Asyutin R.D., Pershin S.M. Online and in situ laser-induced breakdown spectroscopy for laser welding monitoring // Spectrochim. Acta Part B: At. Spectrosc. 2021. V. 175. P. 106032.
  5. Lednev V.N., Tretyakov R.S., Sdvizhenskii P.A., Grishin M.Ya., Asyutin R.D., Pershin S.M. Laser induced breakdown spectroscopy for in-situ multielemental analysis during additive manufacturing process //j. Phys. Conf. Ser. 2018. V. 1109. No. 1. P. 012050.
  6. Sabbaghzadeh J., Dadras S., Torkamany M.J.Comparison of pulsed Nd: YAG laser welding qualitative features with plasma plume thermal characteristics //j. Phys. D. Appl. Phys. 2007. V. 40. No. 4. P. 1047-1051.
  7. Simonds B.J., Tran B., Williams P.A. In situ monitoring of Cu/Al laser welding using laser induced fluorescence // Procedia CIRP. 2020. V. 94. P. 605-609.
  8. Cai C., He S., Chen H., Zhang W. The influences of Ar-He shielding gas mixture on welding characteristics of fiber laser-MIG hybrid welding of aluminum alloy // Optics & Laser Technology. 2019. V. 113. P. 37-45.
  9. You D.Y., Gao X.D., Katayama S. Review of laser welding monitoring // Sci. Technol. Weld. Join. 2014. V. 19. No. 3. P. 181-201.
  10. Collur M.M., Debroy T. Emission spectroscopy of plasma during laser welding of AISI 201 stainless steel // Metall. Mater. Trans. B. 1989. V. 20. No. 2. P. 277-286.
  11. Szymanski Z., Kurzyna J., Kalita W. The spectroscopy of the plasma plume induced during laser welding of stainless steel and titanium //j. Phys. D. Appl. Phys. 1997. V. 30. No. 22. P. 3153-3162.
  12. Dai J., Wang X., Yang L., Huang J., Zhang Y., Chen J. Study of plasma in laser welding of magnesium alloy // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2014. V. 73. No. 14. P. 443-447.
  13. Sibillano T., Rizzi D., Ancona A., Saludes-Rodil S., Rodríguez Nieto J., Chmelíčková H., Šebestová H. Spectroscopic monitoring of penetration depth in CO 2 Nd:YAG and fiber laser welding processes //j. Mater. Process. Technol. 2012. V. 212. No. 4. P. 910-916.
  14. Lober R., Mazumder J. Spectroscopic diagnostics of plasma during laser processing of aluminium //j. Phys. D. Appl. Phys. 2007. V. 40. No. 19. P. 5917-5923.
  15. Sibillano T., Ancona A., Berardi V., Schingaro E., Basile G., Lugarà P.M. A study of the shielding gas influence on the laser beam welding of AA5083 aluminium alloys by in-process spectroscopic investigation // Opt. Lasers Eng. 2006. V. 44. No. 10. P. 1039-1051.
  16. Sibillano T., Ancona A., Berardi V., Schingaro E., Parente P., Lugarà P.M. Correlation spectroscopy as a tool for detecting losses of ligand elements in laser welding of aluminium alloys // Opt. Lasers Eng. 2006. V. 44. No. 12. P. 1324 - 1335.
  17. Song L., Wang C., Mazumder J. Identification of phase transformation using optical emission spectroscopy for direct metal deposition process // High Power Laser Mater. Process. Lasers, Beam Deliv. Diagnostics, Appl. 2012. V. 8239. P. 82390G.
  18. Palanco S., Klassen M., Skupin J., Hansen K., Schubert E., Sepold G., Laserna J.J. Spectroscopic diagnostics on CW-laser welding plasmas of aluminum alloys // Spectrochim. Acta Part B: At. Spectrosc. 2001. V. 56. No. 6. P. 651-659.
  19. Gao M., Chen C., Hu M., Guo L., Wang Z., Zeng X. Characteristics of plasma plume in fiber laser welding of aluminum alloy // Appl. Surf. Sci. 2015. V. 326. P. 181-186.
  20. Zhou L., Zhang M., Jin X., Zhang H., Mao C. Study on the burning loss of magnesium in fiber laser welding of an Al-Mg alloy by optical emission spectroscopy // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2017. V. 88. P. 1373-1381.
  21. Zhang Z., Huang Y., Qin R., Ren W., Wen G. XGBoost-based on-line prediction of seam tensile strength for Al-Li alloy in laser welding: Experiment study and modelling //j. Manuf. Process. 2021. V. 64. P. 30-44.
  22. Parigger C.G., Hornkohl J.O.Computation of AlO B2Σ+ X2Σ + emission spectra // Spectrochim. Acta Part A: Mol. Biomol. Spectrosc. 2011. V. 81. No. 1. P. 404-411.
  23. Labazan I., Milošević S. Laser vaporized Li2, Na2, K2 and LiNa molecules observed by cavity ring-down spectroscopy // Phys. Rev. A - At. Mol. Opt. Phys. 2003. V. 68. P. 032901.
  24. Blanc J., Broyer M., Chevaleyre J., Dugourd P., Kühling H., Labastie P., Ulbricht M., Wolf J.P., Wöste L. High resolution spectroscopy of small metal clusters // Zeitschrift für Phys. D Atoms, Mol. Clust. 1991. V. 19. No. 4. P. 7-12.
  25. Scheps R., Ottinger Ch., York G., Gallagher A. Continuum spectra and potentials of Li-noble gas molecules //j. Chem. Phys. 1975. V. 63. No. 6. P. 2581-2590.

© Российская академия наук, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах