Обеспечение прочности шва термозащитных конструкций из тонколистового никелевого сплава, полученных лазерной вакуумной сваркой

Валид Алнусират$^{1}$, Александр Саленко$^{2}$, Сергей Шлык$^{3}$, Ирина Гусарова$^{4}$, Пётр Лобода$^{2}$, Ирина Тросникова$^{2}$, Юрий Богомол$^{2}$

$^{1}$Al-Balqa Applied University Al-Salt, P.O. Box, JO-19117 Al-Salt, Jordan
$^{2}$Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского», просп. Победы, 37, 03056 Киев, Украина
$^{3}$Кременчугский национальный университет имени Михайла Остроградского, ул. Першотравневая, 20, 39600 Кременчуг, Украина
$^{4}$Конструкторское бюро «Южное», ул. Криворожская, 3, 49008 Днипро, Украина

Получена: 27.10.2021; окончательный вариант - 15.12.2021. Скачать: PDF

Приведены результаты исследований лазерной вакуумной сварки элементов теплозащитных конструкций из дисперсионно-упрочнённых сплавов повышенной прочности Ni–20Cr–6Al–Ti–Y$_2$O$_3$. Также рассмотрены конструкции теплоизоляционных элементов ячеистой (сотовой) структуры, состоящих из двух пластин толщиной от 0,1 до 0,14 мм с наполнителями внутри. Показано, что малая толщина пластин и сложность конструкции существенно затрудняют возможность надёжного соединения этих элементов и не позволяют использовать известные методы, такие как диффузионная сварка или пайка в вакууме. Установлено, что лазерная сварка, обеспечивающая удовлетворительную прочность и надёжность конструкции, может быть альтернативой известным методам. Местный нагрев в определённых точках предотвращает деформацию соединяемых деталей в процессе сварки. Использование импульсного Nd:YAG-лазера мощностью 400–500 Вт, работающего в диапазоне частот 50–200 Гц, позволяет выполнять сварку с присадочным металлом и без него. Установлено, что использование присадочного металла практически не влияет на механические свойства сварного соединения, однако значительно уменьшает зону плавления и увеличивает плотность сварного соединения. На основании полученных результатов сделан вывод, что повышение прочности соединения достигается за счёт высокой чистоты вакуумной камеры, низкого вакуума (менее 10$^{-2}$ Па) и оптимизации процесса сварки. Доказано, что использование лазерной сварки в вакууме при сборке элементов теплозащитных конструкций позволяет получить более прочный и плотный шов по сравнению с известными способами.

Ключевые слова: лазерная вакуумная сварка, прочность сварного шва, дисперсионно-упрочнённые сплавы, теплозащитные конструкции.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v44/i03/0393.html

PACS: 42.62.Cf, 81.05.Bx, 81.20.Ev, 81.20.Vj, 81.40.Gh


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. I. O. Husarova, O. M. Potapov, T. A. Manko, Y. V. Falchenko, L. V. Petrushintsev, G. A. Frolov, and V. P. Soltsev, Tekhnologicheskie Sistemy, No. 4: 47 (2017) (in Russian). Crossref
  2. O. Uyanna and H. Najafi, Acta Astronautica, No. 176: 341 (2020). Crossref
  3. V. I. Lukin, V. S. Rylnikov, A. N. Afanasyev-Khodykin, and O. B. Timofeyeva, Welding International, No. 28 (7): 562 (2014). Crossref
  4. R. Rai, J. W. Elmer, T. A. Palmer, and T. Debroy, J. Physics D: Appl. Phys., No. 40 (18): 5753 (2020). Crossref
  5. O. F. Salenko, V. T. Shchetynin, Ye. Ye. Lashko, I. O. Husarova, V. P. Solntsev, and O. O. Sytnyk, Physicochemical Mechanics of Materials, No. 2: 115 (2018) (in Ukrainian).
  6. G. Muthukumaran and P. Dinesh Babu, J. Brazilian Society Mech. Sci. Engineering, No. 43: 103 (2021). Crossref
  7. Ivan Michalec and Milan Marônek, Acta Polytechnica Hungarica, No. 9 (20): 197 (2012).
  8. C. Cai, H. Chen, and W. Zhang, Opto-Electronic Engineering, No. 44 (10): 945 (2017) (in Chinese). Crossref
  9. I. N. Nawi, M. Saktioto Fadhali, M. S. Hussain, J. Ali, and P. P. Yupapin, Proc. Engineering, No. 8: 374 (2011). Crossref
  10. Y. Geng, M. Akbari, A. Karimipour, A. Karimi, A. Soleimani, and M. Afrand, Infrared Phys. Technol., No. 103: 1 (2019). Crossref
  11. U. Reisgen, S. Olschok, S. Jakobs, and C. Turner, Welding in the World, No. 60: 403 (2016). Crossref
  12. J. A. Francis, N. Holtum, S. Olschok, M. J. Roy, A. N. Vasileiou, S. Jakobs, U. Reisgen, and M. C. Smith, J. Mater. Processing Technol., 274: 116269 (2019). Crossref
  13. Piotr Sęk, Open Engineering, 10, No. 1: 674 (2020). Crossref
  14. L. I. Sorokin, Svarochnoe Proizvodstvo, No. 9: 3 (2004) (in Russian).
  15. V. M. Bychkov, A. S. Selivanov, A. Yu. Medvedev, A. V. Supov, B. O. Bolshakov, R. R. Grin, and F. F. Musin, Vestnik UGATU, 16, No. 7: 112 (2012) (in Russian).
  16. W. Alnusirat, Lasers in Manufacturing and Materials Processing, 6, Iss. 3: 263 (2019). Crossref
  17. W. Alnusirat, A. Salenko, O. Chencheva, S. Shlyk, I. Gusarova, and A. Potapov, EUREKA: Phys. Engineering, No. 5: 88 (2021). Crossref
  18. V. Dragobetskii, V. Zagirnyak, S. Shlyk, A. Shapoval, and O. Naumova, Przegląd Elektrotechniczny, No. 95 (5): 39 (2019) (in Polish). Crossref
  19. S. P. Murzin, E. L. Osetrov, and A. M. Nikiforov, Izvestiya Samarskogo Nauchnogo Tsentra Rossiyskoy Akademii Nauk, No. 10 (3): 884 (2008) (in Russian).