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.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».