Лазерный мир

Вантеев Михаил Олегович, Рубан Ксения Евгеньевна, магистр, Григорьев Владимир Владимирович, старший преподаватель Комсомольский-на-Амуре государственный университет // В сборнике: МОЛОДЕЖЬ И НАУКА: АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПРИКЛАДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ. Материалы III Всероссийской национальной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, в 3 ч.. Комсомольск-на-Амуре, 2020. С. 37-40.

Аннотация. Целью данной работы является определение влияния параметров процесса точечной импульсной лазерной сварки на геометрические параметры и структуру получаемой сварочной точки. По экспериментальным данным, полученным в данной работе проведены регрессионные анализы и получены математические зависимости, позволяющие прогнозировать получение сварочных точек с заданной геометрией и структурой.

Abstract. The purpose of this work is to determine the influence of the parameters of the process of spot pulsed laser welding on the geometric parameters and structure of the resulting welding point. Based on the experimental data obtained in this paper, regression analyses are given and mathematical dependencies are obtained that allow predicting the production of welding points with a given geometry and structure.

На сегодняшний день при создании металлоконструкций ответственного назначения на этапе выбора сварочных технологий к ним предъявляются требования бездефектности, энергоэффективности, экологичности, универсальности, а также обеспечения минимальных сварочных деформаций с целью исключения дополнительных технологических операций. Всем этим требования в полном объеме отвечает лазерная сварка [1]. Одним из основных направлений развития данного способа сварки сегодня является углубление знаний в области влияния воздействия лазерного луча на структуру и свойства, обрабатываемых материалов.

Именно этой цели направлены проводимые в данной работе исследования. Основная цель проводимых исследований – это определение влияния формы импульса и режимов точечной импульсной лазерной сварки на геометрические параметры сварной точки, а также формирование структуры зон сварной точки. Для достижения данной цели был сформирован комплекс задач, которые решались в данной работе.

Для проведения исследований использовалась универсальная лазерная установка марки BULAT LRS 300. В качестве образца для наплавки сварных точек выбрана пластина из марки стали Ст3 40х40 мм, с толщиной пластины 5 мм. Наплавка производилась в единичном и импульсном режимах сварки, форма импульса для 1,4 рядов наплавленных точек – прямоугольная, для 2, 3 – трапецеидальная (рисунок 1). Рабочее напряжение изменялось в интервале от 350 до 450 В, время импульса изменялось от 5 до 15 мс. В случае работы лазерной установки в импульсном режиме, частота пульсации лазерного луча изменялась от 2 до 4 Гц, время выдержки составляло 2 с.

Рисунок 1 – Образец из Ст3 с наплавленными сварными точками После проведения импульсной лазерной наплавки сварных точек, проведен раскрой образцов на настольном абразивном станке марки DeltaAbrasiMet, последующая пробоподготовка образцов для исследования структуры сварных точек выполнялась на шлифовально-полировальном станке EcoMet 250.

По результатам структурных исследований установлено, что для стали Ст3 в зоне термического влияния металл имеет структуру бейнита отпуска, наплавленный металл имеет структуру отпущенного перлита. Влияние режимов точечной импульсной лазерной сварки на структуру сварочной точки проявляется в различном объемном соотношении металла в области термического влияния к наплавленному металлу (рисунок 2).

С целью определения объемного расположения основных областей сварочных точек по имеющимся микроструктурам были определены площади поперечного сечения данных областей при помощи программы T- Flex CAD, далее определялся объем наплавленного металла, объем зоны термического влияния и общий объем сварочной точки.

По объемному соотношению областей установлено, что использование импульса прямоугольной формы по отношению к трапецеидальной, практически во всех случаях обеспечивает меньшую долю металла в зоне термического влияния. Влияние прочих параметров процесса точечной импульсной лазерной сварки на соотношение наплавленного металла и металла зоны термического влияния в объеме полученной сварочной точки носит неоднозначный характер.

Рисунок 2 – Структурные составляющие сварочной точки, полученной точечной импульсной лазерной сварки на режимах: рабочее напряжение – 350 В; длительность импульса – 5 мс; частота импульса – 2 Гц; форма импульса – П; время выдержки – 2 с

По металлографическим снимкам также произведены измерения глубины проплавления и диаметра сварной точки, установлено, что при прямоугольной форме импульса увеличение рабочего напряжения приводит к увеличению, как диаметра сварочной точки, так и глубины проплавления. При трапецеидальной форме импульса влияние рабочего напряжения на диаметр сварочной точки аналогично. Но влияние на глубину проплавление более сложное: для ряда точек при меньшем значении рабочего напряжение глубина проплавления имеет большее значение. Влияние формы импульса также оказывает влияние на геометрические параметры сварной точки, при работе установки в импульсном режиме наблюдается увеличение, как диаметра сварочной точки, так и глубины проплавления.

Также на основании полученных измерений зон сварной точки проведен регрессионный анализ и получены универсальные формулы позволяющие предсказывать площади получаемой сварной точки и зоны термического влияния в ней в зависимости от рабочего напряжения и длительности импульса, для прямоугольной формы импульс

Полное содержание статьи: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=43865395