Peleshenko S. Physico-metallurgical and thermal deformation processes during welding of thin-walled structures from aluminum alloys using laser radiation

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0824U001814

Thesis Registration Form

0824U001814.pdf

Applicant for

Sviatoslav Peleshenko

Specialization

131 - Прикладна механіка

Specialized Academic Board

ДФ 26.002.168; ID 5633

National Technscal University of Ukraine "Kiev Polytechnic Institute".

Essay

The dissertation is devoted to the development and creation of technologies for welding of space industry products from high-strength aluminum alloys using laser radiation through the calculated selection of mode parameters (power density, speed, size and time of existence of the welding bath) with subsequent experimental verification, determination of the effect of modes and conditions of the process on the formation of the stress-strain state (SSS) and the change of geometric shape of the products as well as calculated forecasting of the welding parameters of beryllium alloys. The typical welding defects and ways to eliminate them are identified, and methodology and equipment for determination of the components of the stress-strain state and non-destructive testing of products which are welded using the developed technologies are created, as well as research and industrial complex for the implementation of the developed technologies is constructed. The thesis consists of five chapters, in which main results of the dissertation work are presented and substantiated. In first chapter, the results of analysis of features of welding light alloys from aluminum and beryllium using modern welding technologies are presented. The peculiarities of use of laser radiation for welding of thin-walled structures from light alloys are considered, including current problems in the field of welding of thin-walled structures from light alloys, in particular with incomplete penetration. Based on the analysis, the purpose and objectives of the research are defined. Second chapter is devoted to the description of the applied standardized and developed research methods, the description and characteristics of the selected materials, technological equipment for conducting experiments and metallographic studies are presented. Third chapter of dissertation presents the results of modeling of joints of light alloys using laser welding and laser-microplasma welding, describes the method of selecting welding mode parameters for thin-walled products made of light alloys with non-through penetration using laser radiation, demonstrates the results of experimental verification of the used method of selecting welding modes and the results of metallographic studies of the obtained welded joints, as well as the analysis of characteristic defects and ways to eliminate them. The methods of preliminary calculated determination of parameters of welding modes using laser radiation (laser and laser-microplasma processes) and residual stress-strain state of space industry products from high-strength aluminum and beryllium alloys are created. With the help of experimental verification of the developed methods on samples of high-strength aluminum alloys, the error value was determined and the acceptability of these methods for the solved problems was substantiated. Effective ways of minimization of appearance of typical defects during laser welding of high-strength aluminum alloys by using simultaneous heating of metal of welding pool by microplasma arc of direct artion are determined by calculation and experimental methods. Mathematical forecasting of welding of beryllium and its alloys using laser radiation was carried out with verification of the obtained results according to literature data. Fourth chapter describes the development of the methodology for the experimental and computational determination of the components of the SSS of welded parts and the creation of a laboratory stand for the implementation of the methodology. The results of the calculated determination of the residual SSS parameters obtained by laser and laser-microplasma welding of joints made of high-strength aluminum alloy 7005 are presented. Fifth chapter presents the results of work on the practical implementation of the developed technologies, including creation of equipment for obtaining and non-destructive control of high-precision thin-walled welded products from aluminum alloys which are used for space purposes and development of technological process of sealing of high-precision thin-walled products of space industry from light alloys by laser welding. Keywords: aluminum alloys, welding, laser, radiation power, microplasma, heat input, joints, calculation method, modeling, mode parameters, microstructure, metallographic studies, electron microscopy, chemical composition, porosity, microcracks, stresses, deformations, displacement, microhardness, defects.

Thesis supervisor

Viktor Kvasnytskyi

Official opponents

Oleksandr Shatrava
Oleh Makhnenko

Reviewers

Oleksii Kaglyak
Anatolii Minitskyi

Research papers

Korzhyk V., Khaskin V., Grynyuk A., Peleshenko S., Kvasnytskyi V., Fialko N., Berdnikova О., Illiashenko Ye., Yuhui Yao (2022). Comparison of the features of the formation of joints of aluminum alloy 7075 (Al-Zn-Mg-Cu) by laser, microplasma, and laser-microplasma welding // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, V.1/12 (115). – Р. 38–47.

Коржик В. М., Хаскін В. Ю., Савицький В. В., Клочков І. М., Квасницький В.В., Перепічай А. О., Пелешенко С. І., Гринюк А. А., Альошин A. O., & Шуткевич О. П. (2022). Розрахунково-експериментальна методика визначення зварювальних деформацій та напружень на основі застосування методу цифрової кореляції зображень. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(1(119)), P. 44–52.

Коржик В.М., Хаскін В.Ю., Ілляшенко Є.В., Пелешенко С.І., Гринюк А.А., Бабич О.А., Альошин А.О., Войтенко О.М. (2023). Гібрідне лазерно-плазмове зварювання: ефективність і нові можливості (Огляд) // Автоматичне зварювання, № 12. – С. 24-33.

Пелешенко С.І., Хаскін В.Ю., Коржик В.М., Квасницький В.В., Гринюк А.А., Клочков І.М., Чунлин Дун, Альошин А.О. (2022). Особливості зварювання висококонцентрованими джерелами нагрівання міцних сплавів на основі алюмінію і берилію (Огляд) // Автоматичне зварювання, № 12. – С. 9-19.

Коржик В.М., Хаскін В.Ю., Гринюк А.А., Пелешенко С.І., Yuhui Yao, Григоренко С.Г., Щерецький В.О., Кушнарьова О.С. (2022). Зварювання алюмінієвих сплавів серії 7ххх (Al–Zn–Mg–Cu) ненаскрізними швами випромінюванням волоконного лазера. // Автоматичне зварювання, № 4, С. 19-25.

Коржик В.М., Хаскін В.Ю., Пелешенко С.І., Гринюк А.А., Chunlin Dong, Ілляшенко Є.В., Yuhui Yao. (2022). Вибір параметрів лазерного зварювання тонкостінних виробів із легких сплавів з ненаскрізним проплавленням. // Автоматичне зварювання, № 5, С. 22–32.

Коржик В.М., Хаскін В.Ю., Гринюк А.А., Ілляшенко Є.В., Бернацький А.В., Пелешенко С.І. (2021) Особливості лазерно-плазмового зварювання корозійностійкої сталі AISI 304 з використанням лазера / В.М. Коржик, В.Ю. Хаскін, А.А. Гринюк, Є.В. Ілляшенко, А.В. Бернацький, С.І. Пелешенко // Автоматичне зварювання, № 12, С. 18-26.

Peleshenko S. (2022). Main problems in laser welding of thin-walled structures from aluminum and beryllium alloys (review). Sciences of Europe, 103, P. 78–89.

Peleshenko S., Kvasnytskyi V., Khaskin V., Korzhyk V., Illyashenko Ye., Lepilina K., & Aloshyn A. (2022). Features of physical and metallurgical processes during welding of thin-walled aluminum alloy structures using laser radiation. Danish Scientific Journal, 65, P. 50–59.

Korzhyk V., Kvasnytskyi V., Peleshenko Sv., Khaskin V., Illyashenko Ye., Lepilina K., Aloshyn A., & Aloshyn A. (2022). Development of technological equipment for welding high-precision thin-walled products from aluminum alloys using a laser heating source. Norwegian Journal of Development of the International Science, 95, P. 73–77.

Korzhyk V., Peleshenko S., Kvasnytskyi V., Khaskin V., Illyashenko Ye., Lepilina K., Aloshyn A., Aloshyn A. (2022). Technological processes of welding high precision thin-walled products from aluminum alloys using a laser heating source // International scientific journal "Internauka“, 12, P. 47–53.

Korzhyk V., Khaskin V., Peleshenko S., Shcheretskyi V., Illiashenko Y. (2022). An Approach to Calculate Features of Laser Radiation Absorption in Beryllium and Aluminum Alloys for Smart Welding Processes. In: Arsenyeva, O., Romanova, T., Sukhonos, M., Tsegelnyk, Y. (eds) Smart Technologies in Urban Engineering. STUE 2022. Lecture Notes in Networks and Systems, vol 536. Springer, Cham.

Korzhyk V., Khaskin V., Chunlin Dong, Illyashenko Y., Peleshenko S., Grynyuk А., Yuhui Yao, Al’oshin А., Al’oshin А.А. (2022). Laser welding of thin-sheet stainless steel joints with variable size of gap between cracks. // 3rd ISPC «Scientific Paradigm in the Context of Technologies and Society Development» (July 26-28, 2022; Geneva, Switzerland). No. 118, Р. 292-297.

Korzhyk V., Grynyuk A., Khaskin V., Peleshenko S., Shcheretskiy V., Hos I., Illiashenko Ye., Voitenko O., Konoreva O. (2022). Estimation of influence of duration of current flow at direct and inverse polarity on quality of formation and geometrical parameters of seams // The 6th International scientific and practical conference “Science, innovations and education: problems and prospects” (January 13-15, 2022) CPN Publishing Group, Tokyo, Japan, 705 p. – P. 185-190.

Korzhyk V., Khaskin V., Peleshenko S., Shcheretskyi V., Illiashenko Y. (2022). An Approach to Calculate Features of Laser Radiation Absorption in Beryllium and Aluminum Alloys for Smart Welding Processes // International Conference on Smart Technologies in Urban Engineering (STUE-2022), Kharkiv, Ukraine, June 9-11, 2022.

Korzhyk V., Khaskin V., Peleshenko S., Grynyuk A., Hos I., Ganushchak O., Babych O., Strogonov D. (2021). Overview of some perspective technical solutions on laser brazing with filler wires // The 3rd International scientific and practical conference “Innovations and prospects of world science” (November 4-6, 2021) Perfect Publishing, Vancouver, Canada, 848 p. – Р. 242-253.

Korzhyk V., Khaskin V., Grynyuk A., Shcheretskiy V., Peleshenko S., Ganushchak O., Shevchenko V. (2021). Application of laser welding technologies in the automotive industry (review) // The 5th International scientific and practical conference “Modern scientific research: achievements, innovations and development prospects” (October 24-26, 2021) MDPC Publishing, Berlin, Germany, 686 p. – Р.175-182.

Korzhyk V., Khaskin V., Grynyuk A., Peleshenko S., Illiashenko Ye., Shcheretskiy V., Ganushchak O. (2021). Achievements of the E.O. Paton electric welding institute in the field of welding thin sheet alloys for automotive applications // The 5th International scientific and practical conference “Modern scientific research: achievements, innovations and development prospects” (October 24-26, 2021) MDPC Publishing, Berlin, Germany, 686 p. – Р.167-174.

Коржик В. М., Щерецький В. О., Строгонов Д. В., Пащин М. О., Пелешенко С. І. (2021). Дослідження закономірностей впливу нанорозмірних та ультрадисперсних модифікаторів із металів та тугоплавких сполук на кристалізацію алюмінієвих сплавів для моделювання структури зварних з’єднань в умовах зварювання плавленням // Зварювання та споріднені технології: перспективи розвитку: тези доповідей V Міжнародної науково-технічної конференції, (Краматорськ, 19–20 жовтень 2021 р.), 75c. – C. 40-42.

Korzhyk V., Khaskin V., Grynyuk A., Peleshenko S., Babych O., Illiashenko Ye., Oleinychenko T., Ganushchak O., Popov Ye. (2021). Application of laser recovery surface // The 3rd International scientific and practical conference “Topical issues of modern science, society and education” (October 3-5, 2021) SPC “Sciconf.com.ua”, Kharkiv, Ukraine, 1096 p. – P. 229-232.

Коржик В. М., Хаскін В. Ю., Гринюк А. А., Ілляшенко Є. В., Пелешенко С. І., Квасніцький В. В., Щерецький В. О. (2021). Дослідження процесу лазерного зварювання тонколистових високоміцних алюмінієвих сплавів // Х Міжнародна конференція “Променеві технології в зварюванні і обробці матеріалів” (6-10 вересня 2021 р., м. Одеса). Тези доповідей, 32 c. – С. 18-19.

Korzhyk V., Khaskin V., Grynyuk A., Shcheretskiy V., Oleinychenko T., Babych O., Peleshenko S., Ganushchak O. (2021). Hybrid laser-mig welding of aluminum alloys Al-MgMn, Al-Cu-Mg and Al-Mg-Li systems // The 3rd International scientific and practical conference “Modern directions of scientific research development” (September 1-3, 2021) BoScience Publisher, Chicago, USA, 491 p. – Р. 125-132.

Korzhyk V., Khaskin V., Grynyuk A., Shcheretskiy V., Peleshenko S., Babych O., Ganushchak O. (2021). Hybrid plasma-MIG welding of aluminum alloys AlMg system // The 6th International scientific and practical conference – Results of modern scientific research and development (August 22-24, 2021) Barca Academy Publishing, Madrid, Spain, 517 p. – Р. 120-125.

Krivtsun, V. Korzhyk V., Feng Changgen, Khaskin V., Peleshenko S., Illyashenko E. (2020). Creation of scientific foundations and development of hybrid welding processes with the use of laser radiation // Proceedings of Papers From the 394th Young Scientists Forum of China Association for Science and Technology “Application and Innovation of Modern Welding Technology”, October 20-21, Hangzhou, China. – P. 340-355.

Changgen Feng, Korzhyk V., Grinyuk A., Peleshenko S., Klochkov I., Voitenko O. (2020). Development of a robotic complex for hybrid plasma-arc welding structures from high-strength steels and aluminium alloys // Proceedings of Papers From the 394th Young Scientists Forum of China Association for Science and Technology “Application and Innovation of Modern Welding Technology”, 2021, October 20-21, Hangzhou, China. – P. 355-373.

Спосіб лазерно-дугового зварювання металевих деталей підвищених товщин: пат. 122817 Україна; В23К 26/348; В23К 26/046 / Коржик В. М., Хаскін В. Ю., Шевченко В. Ю., Бабич О. А., Войтенко О. М., Пелешенко С. І., Гос І. Д. – № а 201810556; заявл. 26.10.2018; опубл. 06.01.2021, Бюл. №1. – 11 с.

Спосіб гібридного лазерно-плазмового різання і зварювання: пат. 121907 Україна; В23К9/067; В23К 26/348; В23К 35/02 / Коржик В. М., Хаскін В. Ю., Бабич О. А., Пелешенко С. І., Войтенко О. М., Ткачук В. І. – № а 201805898; заявл. 29.05.2018; опубл. 10.08.2020, Бюл. №15. – 12 с.

Спосіб багатопрохідного лазерно-дугового зварювання: пат. 139275 Україна; B23K 9/167; B23K 26/00 / Коржик В. М., Хаскін В. Ю., Пелешенко С.І., Ілляшенко Є. В. – № u 201906901; заявл. 20.06.2019; опубл. 26.12.2019, Бюл. №24. – 7 с.

Method of hybrid laser-microplasma welding: Pat: ZL 201610092501.6. Chinese. / Khaskin V., Korzhyk V., Detao Сai, Krivtsun I., Peleshenko S., Shanguohan, Ziyiluo, Xinxinwang. 03.08.2019.

Пристрій для лазерного зварювання металевих деталей підвищених товщин, що нещільно прилягають: пат. 120131 Україна; B23K 26/04; B23K 26/082; B23K 26/24; B23K 26/14 / Коржик В. М., Хаскін В. Ю., Шевченко В. Є., Пелешенко С. І., Войтенко О. М. – № a 201713004; заявл. 28.12.2017; опубл. 10.10.2019, Бюл. №19. – 13 с.

Спосіб лазерного зварювання металевих деталей підвищених товщин: пат. 120122 Україна; B23K 26/04; B23K 26/24 / Коржик В. М., Хаскін В. Ю., Шевченко В. Є., Пелешенко С. І. – № a 201711377; заявл. 20.11.2017; опубл. 10.10.2019, Бюл. №19. – 9 с.

Спосіб зварювання кореневого шва із скануванням: пат. 118455 Україна: В23К 9/022; В23К 26/082; В23К 10/02 / Крівцун І. В., Коржик В. М., Хаскін В. Ю., Гринюк А. А., Пелешенко С. І., Шевченко В. Є. Ткачук В. І., Бабич О. А. – № a 201604206; заявл. 18.04.2016; опубл. 15.01.2019, Бюл. №2. – 8 с.

Способ гибридной лазерно-микроплазменной сварки: пат. ZL201610092501.6 КНР / Khaskin V., Detao Cai, Korzhyk V, Krivtsun I., Peleshenko S., Shanguo Han, Ziyi Luo, Xinxin Wang. 2018.03.08.

0824U002078

Vadym Prykhodko

Technological maintenance of stainless-steel surface roughness with short pulse laser radiation

0824U001829

Kostiantyn Zastavskyi

Forming of the tool environment during magnetic abrasive processing in large magnetic gaps

0824U001807

Svitlana Burburska

Technological support for the manufacturing of individual components of endoprostheses based on additive technologies

0824U001804

Maksym Sikailo

Eliminating vibrations when final milling on CPC machines

0824U001780

Ivan Lahodzinskyi

Additive arc surfacing of spatial products with filler wires of steels and alloys