Рассмотрены особенности гибридной лазерно-дуговой сварки высокопрочных сталей большой толщины.

Дата публикации: 08/02/2010
Категория: Новости лазерных технологий
Версия для печати

Специалистами МГТУ им.Н.Э.Баумана Е.Р.Губайдулиным и д.т.н. Г.Г.Чернышёвым приведены результаты комплексных исследований свойств сварных соединений высокопрочной стали большой толщины, выполненных гибридной лазерно-дуговой сваркой: особенности формирования шва, металлографические исследования, оценка твердости и химического состава металла шва, механические испытания на ударный изгиб.
В настоящее время важной задачей, стоящей перед промышленностью в связи с увеличением объема применения высокопрочных сталей и постоянным увеличением толщины соединяемых листов при сварке стыкового шва, является обеспечение требуемых показателей качества и механических свойств сварных соединений при сохраняющейся производительности сварки и минимальных экономических затратах.
В настоящее время на большинстве заводов улучшение свойств металла сварного соединения достигается за счет технологических усовершенствований существующих способов сварки и использования сварочных материалов новых видов. При этом изменение параметров технологического процесса в определенной степени решает проблему обеспечения требуемых механических свойств сварного соединения. Однако с увеличением толщины соединяемых листов возникают проблемы, связанные с нестабильностью свойств сварных соединений и отсутствием их равнопрочности с основным металлом.
Одна из причин возникновения данных проблем - увеличение объема разделки свариваемых кромок и, соответственно, наплавленного металла для ее заполнения. Чем больше объем разделки и количество наплавленного металла, тем выше вероятность возникновения различных дефектов.
Таким образом, с увеличением толщины соединяемых листов необходимо пересматривать основные параметры технологии сварки, разделку кромок и, соответственно, форму сварного шва.
Для решения этой задачи требуются комплексные исследования и анализ новых методов сварки для оценки возможности их применения при изготовлении толстостенных конструкций из высокопрочных сталей.
Одним из перспективных методов получения таких соединений является гибридная лазерно-дуговая сварка, сочетающая преимущества как дуговой, так и лазерной сварки.
В работе использовали пластины из стали класса прочности К60 размером 400x150x22 мм с притуплением фаски в зоне сварки 15 мм, углом разделки кромок 45°. Кроме того, использовали отторцованные пластины толщиной 15,9 мм.
Сварку выполняли в смеси защитных газов (25 л/мин) Аг + (5 л/мин) СО2 с применением в качестве источника лазерного излучения иттербиевого волоконного лазера ЛС-15 мощностью до 15 кВт.
Данная установка укомплектована источником сварочного тока ВДУ-506ДК и механизмом подачи сварочной проволоки ПДГО-511 производства фирмы ЗАО НПФ «ИТС». Сварку проводили в Институте лазерных и сварочных технологий СПбГПУ.
В настоящее время одним из широко применяемых способов сварки стыковых швов конструкций из листовой углеродистой стали толщиной 20-30 мм является автоматическая много-дуговая сварка под флюсом. При выборе параметров режима гибридной сварки ставили цель: за счет соответствующего изменения разделки кромок и формы шва максимально соответствовать производительности существующих способов сварки при снижении затрат на обработку кромок и расходуемые сварочные материалы.
Для оценки механических свойств металла шва, выполненного гибридной сваркой, определяли микротвердость и проводили испытания на ударную вязкость.
Микротвердость определяли на уровне наружной, центральной и внутренней поверхностей шва. Установлено некоторое превышение твердости по сравнению с металлом шва, полученным при дуговой сварке.
Для достижения необходимых значений следует провести дополнительные исследования по выбору режимов гибридной лазерно-дуговой сварки.
Исследование ударной вязкости металла шва, полученного гибридной сваркой, по Шарпи проводили при -40°С. Особого внимания заслуживает направление излома в ударном образце. Трещина зарождается в месте надреза (концентратора напряжений) и ее дальнейшее распространение направлено в сторону основного металла практически под прямым углом и далее по основному металлу. Так как при ударном испытании поглощенная энергия характеризует сопротивляемость материала распространению трещины, то получаем в большей степени характеристику основного металла. Исследователями сделаны следующие выводы:
- В исследованном диапазоне режимов гибридной лазерно-дуговой сварки существует техническая возможность обеспечения удовлетворительного формирования и механических свойств шва при глубине проплавления 15 мм за один проход без разделки кромок.
При этом скорость сварки соответствует скорости существующих способов многодуговой сварки под флюсом.
- Технологическая нестабильность формирования шва при гибридной лазерно-дуговой сварке (микротрещины, пустоты, включения и т. д.) может быть значительно снижена с помощью комплекса следующих работ: подбора оптимальных режимов дугового и лазерного процессов сварки; определения оптимального положения фокуса лазерного луча и точки совмещения лазерного и дугового излучений; увеличения процентного содержания эффективных раскислителей в составе присадочной проволоки, определения оптимального состава смеси защитных газов.
- Для получения сопоставимых с существующими результатов при исследовании ударной вязкости требуется разработка методики испытаний металла сварного соединения, выполненного гибридной лазерно-дуговой сваркой.

Источник: «Сварка и диагностика», 2009, № 6, с.17-21 / svarkainfo.ru/rus/naks/weldmag

Статьи по теме: