Лазерный мир

Завьялов В.А., Крылова С.Е., Гольтяпин М.И. // ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет»

Представлены результаты разрабатываемой промышленной технологии получения тонкостенных изделий из никелевых сплавов с применением лазерной сварки. Приведен сравнительный анализ микроструктуры сварного соединения, полученного лазерной сваркой. Исследована форма проплавления изделий из никелевых сплавов. Проведен сравнительный анализ микроструктуры сварных соединений. Представлена металлографическая оценка образцов сварки.

Ключевые слова: лазерная сварка, жаропрочные стали, роботизированный лазерный комплекс.

Введение

Лазерная сварка представляет современный процесс соединения материалов, выполняемый с использованием направленного пучка лазерного излучения являющийся мощным концентрированным источником теплоты, позволяющим получать узкие, глубокие сварные швы при высокой скорости ведения процесса. Лазерная сварка быстро распространяется в качестве штатного процесса в промышленности благодаря ее исключительным свойствам.

Поскольку лазерная технология легко автоматизируется и роботизируется, ее внедрение в массовое производство, например, автомобильную, судостроительную, авиакосмическую, компьютерную, медицинскую, электронную и другие отрасли, получило особый приоритет. Использование компьютерных систем управления обеспечивает высокую повторяемость параметров самого процесса и высокое качество продукции, что упрощает контроль [1].

Все методы классической лазерной сварки могут быть объединены в две основные категории: лазерная проникающая сварка и конвективная сварка. При этом оба вида обычно осуществляются эндогенно, без добавки к соединению присадочного материала. Лазерная проникающая сварка осуществляется с глубоким проплавлением и является наиболее применяемой. В таком процессе лазерное излучение остро фокусируется с целью получения очень высокой плотности мощности (как правило, не менее 1 МВт/см2) на поверхности детали. В центре рабочего пятна (где плотность мощности наиболее высока) металл испаряется, открывая глухую пору в ванне расплава. Сварные швы, формирующиеся в таком процессе, отличаются относительно большой глубиной и остротой формы [6].

Точечный ввод теплоты означает, что образец как нагревается, так и остывает крайне быстро, что снижает вероятность роста зерна в прочных низколегированных сталях. Даже при том условии, что при сварке с глубоким проплавлением не используются присадочные материалы, высокие температуры в зоне поры способствуют испарению некоторых компонентов материала, что приводит к изменению структуры металла в зоне расплава. Кроме того, при быстром остывании образуются значительные сплошные мартенситные зоны и зоны термо-упрочненного материала [2].

Жесткий режим сварки с глубоким проплавлением требует определенной пороговой мощности для начала процесса, что обусловливает весьма узкий диапазон возможных режимов.

Конвективная лазерная сварка осуществляется в широком диапазоне мощностей, что делает этот процесс достаточно гибким. В целом комбинация, заключающаяся в контроле и регулировании мощности излучения, и небольшая глубина сварного шва делают конвективную сварку широко востребованной технологией, применение которой оправдано для сварки тонких изделий и деталей сложной формы, чувствительных к термическим воздействиям [3].

Для разработки технологии конвективной лазерной сварки, экспериментально были отработаны режимы работы сварочного оборудования для сварки тонкостенных изделий из сплава ХН50ВМКТЮР-ИД, имеющий следующие параметры:

● Скорость подачи, м/мин:1,5

● Скорость вращения об/мин: 5

● Мощность излучения, кВт: 1,8

В качестве методов исследования сварных соединений применяли оптическую и растровую электронную микроскопию. Металлографические исследования выполняли при помощи прямого металлографического микроскопа Nikon Eclipse LV 150N и электронного растрового микроскопа JEOLJСM-6000 Neoscope с волновым и энергодисперсионным анализатором. Геометрия опытных образцов для выполнения структурных исследований и макростроение сварного соединения, полученного лазерной сваркой представлены на рисунке 1.

Высокая концентрация сфокусированного лазерного излучения позволяет получать сварное соединение с кинжальной формой проплавления. Сравнительный анализ микроструктуры сварных соединений, показал, что литая структура сварного шва, полученного лазерной сваркой отличается от структуры, полученной классическими способами сварки как TIG и MIG/MAG, не только характерным строением дендритных кристаллов (рисунок 2), но и значительно меньшей по протяженности зоной термического влияния

Полное содержание статьи: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42275757