Разработка подходов к оптической диагностике процесса формирования лазерного сварного шва в режиме реального времени на основе лазерной эмиссионной спектроскопии
- Авторы: Маслов Н.А1, Константинов С.А1, Маликов А.Г1
-
Учреждения:
- Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук
- Выпуск: № 6 (2023)
- Страницы: 59-66
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0130-3082/article/view/144356
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0130308223060052
- EDN: https://elibrary.ru/AAKBEU
- ID: 144356
Цитировать
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 наукНовосибирск, Россия
А. Г Маликов
Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наукНовосибирск, Россия
Список литературы
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.