Разработка технологии роботизированной лазерной сварки тонкостенных изделий из жаропрочных сплавов
DOI:
https://doi.org/10.22213/2413-1172-2020-2-46-53Ключевые слова:
лазерная сварка, пространственные сварные соединения, дендритное строение, зона термического влияния, температурный интервал хрупкости, кристаллизационные (горячие) трещиныАннотация
Рассмотрены результаты разработки режимов роботизированной лазерной сварки пространственных сварных соединений тонкостенных изделий из жаропрочных сталей. Обоснована актуальность применения данного способа получения неразъемных соединений для крупногабаритных тонкостенных конструкций авиационной промышленности. Оговорены технологические сложности и условия модернизации роботизированного лазерного комплекса на базе непрерывного твердотельного лазера ЛС-2 для реализации технологии сварки пространственных элементов из жаропрочных сплавов. На основе структурных и дюрометрических исследований подтверждены преимущества контактной лазерной сварки без присадочной проволоки. Указаны оптимизированные параметры режима лазерной роботизированной сварки для сплава ХН50ВМКТЮР. Показана возможность управления свойствами сварного соединения посредством увеличения вкладываемой мощности лазерного излучения в пределах 0,7…1,8 кВт и скорости сварки в пределах 150…200 м/ч. Приведены сравнительные исследования влияния параметров различных способов производственной сварки на металлографию сварного шва и технологическую прочность сварного соединения.
Анализ микроструктуры показал, что литая структура сварного шва, полученного лазерной сваркой, отличается от структуры, полученной классическими способами сварки, характерным мелкоячеистым дисперсным строением дендритных кристаллов и значительно меньшей по протяженности зоной термического влияния до 2…2,2 мм. Сварное соединение при этом обладает прочностью, не уступающей основному металлу, и пластичностью, отвечающей всем эксплуатационным требованиям к изделию. Установлено, что по границам ячеисто-дендритной структуры при охлаждении в интервале 650…850 °С интенсивно выделяются карбидные и интерметаллидные включения сложного химического состава, что формирует эффект упрочнения металла шва.
Выполнена оценка стойкости сварных соединений против образования кристаллизационных (горячих) трещин. Показано, что лазерная сварка сталей с большими скоростями охлаждения металла шва на уровне 2000 °С/сек. в температурном интервале хрупкости благоприятно сказывается на стойкости сварных соединений против образования кристаллизационных горячих трещин. Данному факту способствует минимизация выделения в металле шва нежелательной γ′-фазы при охлаждении.Библиографические ссылки
Терри Вандер Верт. Перспективы лазерной сварки в российской промышленности – обеспечение наиболее эффективного производственного процесса // Комплект: ИТО. Инструмент. Технология. Оборудование. 2013. № 3. С. 50–53.
Исследование кристаллографической текстуры в жаропрочном никелевом сплаве после селективного лазерного сплавления и термической обработки / И. А. Тренинков, Е. В. Филонова, П. Н. Медведев, Е. А. Лукина // Металловедение и термическая обработка металлов. 2019. № 2 (764). С. 65–68.
Krylova S.E., Goltyapin M.I., Oplesnin S.P. Influence of gas-powder laser cladding’s technological parameters on structural characteristics of corrosion-resistant steels’ restored surface layer. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering Processing Equipment, Mechanical Engineering Processes and Metals Treatment, 2018, pp. 042-058.
Krylova S.E., Manakov N.A., Oplesnin S.P., Yasakov A.S., Strizhov A.O. Effect of the parameters of gas-powder laser surfacing on the structural characteristics of reconditioned surface layer of corrosion-resistant steels. Metal Science and Heat Treatment, 2018, vol. 59, no. 9-10, pp. 641-645.
Крылова С. Е., Завьялов В. А., Оплеснин С. П. Обеспечение эксплуатационных характеристик оборудования нефтегазодобывающей отрасли на основе совершенствования технологии газопорошковой лазерной наплавки. // Вестник современных технологий. 2019. № 1 (13). С. 19–25.
Лукина Е. А., Зайцев Д. В., Заводов А. В. Состав и строение фазовых образований в жаропрочном никелевом сплаве в зависимости от параметров синтеза при селективном лазерном сплавлении и режимов термообработки // Вопросы материаловедения. 2019. № 3 (99). С. 14–22.
Dong W., Kokawa H., Tsukamoto S., Sato Y.S, Ogawa M. Mechanism Governing Nitrogen Absorption by Steel Weld Metal during Laser Welding. Metallurgical and Materials Transactions, 2004, vol. 35, no. 2.
Курочко Р. С. Сварка и пайка жаропрочных материалов горячего тракта ГТД /ВИАМ/1982-198570 // Авиационная промышленность. 1982. № 8.
Segen Estefen, Tetyana Gurova, Daniel Werneck, Anatoli Leontiev. Welding stress relaxation effect in butt-jointed steel plates. Marine Structures, 2012, 29, 211-225.
Gannon L, Liu Y, Pegg N, Snith M. Effect of welding sequence on residual stress and distortion in flat-bar stiffened plates. Mar Struct, 2010, 23, 385-404.
Deng D, Murakawa H. Prediction of welding distortion and residual stress in a thin plate butt-welded joint. Comput Mater, 2008, 43, 353-365.
Математическое описание и анализ сварочных высококонцентрированных тепловых источников / В. Я. Беленький, Д. Н. Трушников, Е. С. Саломатова, В. М. Язовских // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2012. № 3 (55). С. 46–50.
