Spawanie laserowe lekkich stopów
Stopy Al-Li stanowią atrakcyjną propozycję dla przemysłu lotniczego ponieważ bardzo niska gęstość Li mogłaby umożliwić udoskonalenie osiągów samolotów przez zmniejszenie ciężaru konstrukcji. Jednak materiały pierwszej i drugiej generacji wykazywały małą plastyczność i ciągliwość oraz niską odporność na pękanie i korozję. Trzecia generacja stopów Al-Li powinna znacząco przyczynić się do budowy lżejszych samolotów. KE wspierała członków projektu LAWENDEL (Laser welding of newly developed Al-Li alloy) w dążeniu do opracowania odpowiedniego procesu spawania laserowego nowo powstałych stopów Al-Li, cechujących się zmniejszoną ilością Li i innymi modyfikacjami. Wyjątkowe połączenie prac eksperymentalnych i modelowania teoretycznego pozwoliło znacznie skrócić czas i obniżyć koszty związane z optymalizacją w porównaniu do konwencjonalnych testów opartych na metodach prób i błędów. Badacze zademonstrowali nową technologię spawania laserowego w trzech usztywnionych panelach płaskich wykonanych ze stopów Al-Li trzeciej generacji. Dokładniej rzecz biorąc, konstrukcja pokazowa była wykonana z dostępnych na rynku stopów: AA2198 dla poszycia oraz AA2196 dla czterech rozmieszczonych w równych odstępach podłużnic. Naukowcy zbadali spawalność laserową nowych stopów i porównali ich mikrostruktury oraz właściwości mechaniczne z konwencjonalnymi stopami Al-Li. Badania rozpoczęto od AA2198 i studium wykonalności spawania laserowego. Przygotowano także nitowane próbki wykonane ze stopu AA2024, które poddano testom mikromechanicznym i mikrostrukturalnym w celu porównania z próbkami spawanymi. Za pomocą mikroskopii optycznej i skaningowej mikroskopii elektronowej zbadano mikrostrukturę spoin. Przeanalizowano lokalny skład chemiczny za pomocą spektrometrii rentgenowskiej dyspersyjnej natomiast za pomocą analizy dyfrakcyjnej wstecznie rozproszonych elektronów scharakteryzowano teksturę i wielkość ziarna. Dane doświadczalne pomogły zweryfikować skalibrowane modele i określić optymalne parametry pod kątem dobrej jakości spawania. W szczególności, dane dotyczące temperatury umożliwiły opracowanie modelu podatności na pękanie, jednego z najważniejszych problemów związanych ze stopami Al-Li. Dzięki projektowi LAWENDEL połączono lekkie stopy Al-Li oraz ich skuteczne łączenie metodą nisko- lub zeroemisyjnego spawania laserowego. Wynikiem końcowym ma być szeroki zakres możliwych zastosowań spawania laserowego i jego szersza akceptacja w przemyśle lotniczym.
Słowa kluczowe
Spawanie laserowe, stopy Al-Li, przemysł lotniczy, LAWENDEL, modelowanie elementów skończonych; modelowanie skłonności do pękania na gorąco
