Лазерный мир

Повалюхин Д.В., Бинков И.И., Кривошеев А.В., Пономаренко С.Л., Холопов А.А. // Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана, г.Москва / УДК 621.791.72:621.375.826 / Опубликовано в: Повалюхин Д.В., Бинков И.И., Кривошеев А.В., Пономаренко С.Л., Холопов А.А.
Автоматизированное проектирование в машиностроении. 2019. № 7. С. 127-131.

Аннотация.

В данной статье исследуется вопрос лазерной сварки разнородных материалов, таких как хромистая бронза марки БрХ – 1 и нержавеющая сталь марки 12Х18Н10. В работе рассматривается сварка пластин толщиной 4 мм встык в непрерывном режиме без использования присадочного материала. Для данной цели использовался иттербиевый волоконный лазер «ЛС – 10» c длиной волны 1,07 мкм и мощностью 10 кВт. Для изучения макроструктуры образцов был использован оптический микроскоп «Olympus SZ – 61».

Введение

Сварка разнородных материалов примечательна для многих промышленных отраслей, в частности машиностроение, тем, что свариваемые материалы по отдельности не обладают характерными для таких швов свойствами [1]. Неразъемные соединения бронзы и нержавеющей стали обладают высокими значениями электропроводности, прочности [2].
Традиционные способы сварки, в частности аргоно-дуговая сварка, не всегда способны обеспечить бездефектный сварной шов между разнородными материалами. В публикации [3] авторы использовали дуговую сварку неплавящимся электродом для получения медно-стального сварного соединения, однако были обнаружены такие дефекты, как поры в шве, непровары и трещины в ЗТВ меди.
Условия эксперимента и оборудование Для проведения эксперимента был использован комплекс для сварки «LaserWeld10R120» на базе иттербиевого волоконного лазера «ЛС – 10», с
длиной волны 1,07 мкм и обеспечивает выходную мощность до 10 кВт.

Для разработки технологии сварки:

1) были выбраны диапазоны варьирования режимов: мощности лазера от 3 до 4 кВт, скорости сварки от 25 до 45 мм/с (табл. 1);
2) выставили фокальную плоскость лазерного излучения так, чтобы она совпадала с поверхностью пластин [4];
3) использовали теоретическое предположение в [2] о смещении пятна лазера в сторону бронзовой пластины, величину смещения приняли 2 мм;
4) обеспечили подачу аргона в зону сварочной ванны со скоростью истечения 20 л/мин для защиты от окисления;
5) разработали оснастку для крепления и обеспечения допустимого зазора свариваемых поверхностей, определенный ГОСТом 28915 – 91.

Результаты
В процессе сварки разнородных материалов, в частности бронзы и нержавеющей стали, могут возникнуть следующие проблемы:

– ограниченная растворимость бронзы в стали, порядка 1-2 % [2];

– различные теплофизические свойства свариваемых материалов;
– трещинообразование в ЗТВ бронзы из-за склонности ее зерна к росту и связанную с этим охрупчиванием под влиянием источника нагрева [4];
– трещинообразование при совместных действиях жидкой меди, проникающей в микронадрывы, которые возникают из-за кристаллизации матричной фазы – стали, и термических напряжений [1].

Список литературы

1. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки: Учеб. пособие для вузов / Под ред. А.Г. Григорьянца. – 2-е изд., стереотип. –
М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. – 664 с.
2. Лазерная техника и технология. В 7 кн. Кн. 5 Лазерная сварка металлов: Учеб. Пособие для вузов / А.Г. Григорьянц, И.Н. Шиганов; Под ред. А.Г. Григорьянца. – М.: Высш.шк., 1988 – 207 с.
3. Y. Poo-arporn, S Duangnil, D. Bamrungkoh, P. Klangkaew, C. Huasranoi, P. Pruekthaisong, S. Boonsuya, J Chaiprapa, A. Ruangvittayanon, C. Saisombat: Gas tungsten arc welding of copper to stainless steel for ultra-high vacuum applications, Journal of Materials Processing Tech. (2019), 116490.
4. Справочник по лазерной сварке. Редактор оригинального издания С. Катаяма – Москва: ТЕХНОСФЕРА, 2015. – 704 с.

Полное содержание статьи: http://srcms.ru/apvm/07/text/29.pdf