Разработка технологий гибридной сварки CO2-лазер+GMAW бейнитных сталей с ультранизким содержанием углерода

• Автор: Чжао Фучэнь
• Шифр специальности: 05.02.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 101 с. : ил.

Глава 1 Состояние исследовании беіішітньїх сталей с УНСУ и гибридной сварки
лазер+дуги
1.1 Актуальность проблемы и значение работы .V
1.2 Состояние разработки и применения бейнитных сталей с УНСУ
1.3 Технология гибридной сварки лазер+дуга
1.3.1 Основа технологии гибридной сварки лазер+дуга
1.3.2 Характеристики гибридной сварки лазер+ОМАУ
1.3.3 Исследование испытаниями гибридной сварки лазер+СМАУ
1.3.4 Влияющие факторы технологий гибридной сварки лазер+ОМААУ
1.4 Состояние исследования гибридной сварки лазер+ОМАУ средних и толстых
листов
1.4.1 Гибридная сварка лазер+СМАУ за один проход средних и толстых листов
1.4.2 Многопроходная гибридная сварка лазер+ОМАУ средних и толстых листов
1.4.3 Изучение дефектов и структуры шва при многопроходной гибридной сварке
1.5 Изучение механизма гибридной сварки лазер+ОМАУ
1.5.1 Напряжение и ток дуги в гибридном источнике
1.5.2 Состояние дуги и переход капель
1.5.3 Числовое моделирование и имитация компьютером
1.6 Основные последовательные содержания настоящей работы
Глава 2 Материалы и оборудование и методы для исследований
2.1 Материалы
2.2 Оборудование для испытаний
2.3 Методика анализа на эксперименты
Глава 3 Характеристики формирования шва при многопроходной гибридной' сварке(МПГС)
3.1 Методика эксперимента
3.2 Влияние защитных газов
3.3 Влияние формы разделки кромок
3.4 Влияние технологических факторов
3.5 Влияние направления сварки
3.6 Краткие выводы по настоящей главе
Глава 4 Анализ дефектов гибридной сварки СОг-лазер+СМАЗУ бейнитных сталей
с УНСУ
4.1 Несплавления
4.2 Трещины
4.3 Поры
4.4 шлаковые включения
4.5 Краткие выводы по настоящей главе
Глава 5 Исследование характеристик перехода капель и состояния действующих
на каплю сил в процессе гибридной сварки СОглазер+МЮ
5.1 Методика эксперимента
5.2 Характеристики перехода капель при гибридной сварке СОг-лазер+МЮ
5.3 Анализ состояния действующих на каплю сил
5.4 Краткие выводы по настоящей главе
Глава 6 Исследование влияния технологических факторов на переход капель при гибридной сварке С02-лазер+МШ
бЛВлияние мощности лазера на характеристики перехода капель
6.2 Влияние относительного расположения луча-лазера с дугой
6.3 Влияние расстояния фокуса луча от горизонта верхней поверхности листов(б)
6.4 Влияние потока защитных газов (ПЗГ)
6.5 Влияние состава защитных газов
6.6 Краткие выводы по настоящей главе
Глава 7 Структуры и механические свойства сварных соединений гибридной сварки лазер+СМАУ бейнитных сталей с УНСУ
7.1 Анализ структуры соединения
7.2 Измерение и анализ механического свойства соединения сталей с УНСУ
7.3 Краткие выводы по настоящей главе
Общие выводы(Заключение)
Литература

Благодаря высокому уровню прочности, ударной вязкости, хладостойкости и другим комплексным свойствам, а также низкой себестоимости бейнитные стали с ульгранизким содержанием углерода (УНСУ) являются одними из самых перспективных в XXI веке, поэтому бейнитные стали широко используют при создании важных инженерных соорркений для гражданских и военных назначений. При использовании традиционых методов дуговой сварки этих сталей встретились проблемы разупрочнения ЗТВ и ее снижения вязкости, большой сварочной деформации и низкой производительности. Лазерная сварка по сравнению с традиционными методами имея серию преимуществ, как большая глубина проплавления, высокая производительность, узкость ЗТВ и малая сварочная деформация и т.п., одновременно имеет и отдельные недостатки: низкий коэффициент перехода энергии, жесткое требование к зазору под сварку и высокую себестоимость, низкий коффициент использования энергии лазера. К тому же с увеличением мощности лазера растет опасность возникновения дефектов в металле шва. Эти недостатки ограничивают применение лазерной сварки, особенно в сварке средних и толстых листов. А гибридная сварка лазер+дуга имея серию преимущества лазерной сварки, одновременно характеризуется высокой приспособляемостью к зазору и хорошим формированием шва, поэтому гибридная сварка лазер+дуга считается рациональным вариантом решения недостатков дуговой сварки бейнитных сталей.
Для гибридной сварки средних и толстых листов бейнитных сталей с УНСУ можно применять сверхмощный лазер по вариантам с одной стороны за один проход или со двух сторон за два прохода. Но, с одной стороны капиталвложение такого оборудования большое и невыгодное с учетом соотношения эффекта-расходов и себестоймости изготовления и обработки, с другой стороны, в процессе сварки сверхмощным лазером генерируется большая плазма, это сильно влияет на потерь энергии лазера. Гибридная сварка позволяет использовать лазер меньшей мощности для сварки металла одинаковой толщины за счет увеличения глубины проплавления. Поэтому для сварки средних и толстых листов многопроходная гибридная сварка дуга+лазер средней мощностью обладает собственным преимуществом и оптимальностью по соотношению эффекта-расходов. В гибридной сварке лазер+дуга много технологических факторов оказывают большие влияния не устойчивость сварки и формирование шва(в том числе и образование дефектов), тем самым влияет на качества сварки, структуры и механические свойства соединения. Кроме того, в процессе гибридной сварки лазер+ОМАУ происходит переход капель в ванну, он сильнее влияет на устойчивость процесса сварки. А большество ученых уделяет большое внимание, в основном, осваиванию и разработке технологий сварки, а исследованию поведения перехода капель в ванну и характеристик формирования многопроходного шва недостаточно.
На основе обобщения и анализа последних достижений и опыта разработки и изучения по гибридной сварке лазер+ОМА*/, автор настоящей работы производил систематические испытания многопроходной гибридной сварки бейнитных сталей с УНСУ толщиной 12мм и соответственые исследования по закономерностям влияния на стабильность процесса сварки, формирование шва, образование дефектов и т.д. В этом труде с большим вниманием автор занимался систематическим изучением

поверхности первого или второго валиков. Эта трещины располагаются продольно по оси шва, как правила ограниченной длины , редко полностью проходят через весь шов. Эти трещины обладают явными характеристиками горячей трещины, показаны на рис. 4.10а, увеличение трещины на рис. 4.10Ь. Разрушение проходит по границам зерен. На изломе трещины видна свободная поверхность кристаллизации большой сферы, как показано на рис.4.11. это типичные черты горящей трещины.
Рис.4.11 Микро-фото БЕМ излома трещины
Причина образования трещин
Так как разделка применяемых проб узкая, то форма нижней части шва приближена к параллельной, поэтому в процессе кристаллизации столбчатые кристаллы растут от линии сплавления к центру шва в горизонтальном направлении. Когда кристаллы вырастут до центра шва, при нормальном процессе они должны сочетаться в месте их встречи. Однако если технология сварки не оптимальная, растущие с обеих сторон столбчатые кристаллы не будут сочетаться. Из-за быстрого охлажения усадка металла шва вызывает огромное напряжение, при действии которого межкристальная пленка-жидкость оттянулась, тем самым образовалась горячая трещина. При высоком напряжении межкристаллитная трещина иногда проходит в маленькой зоне корня горячей трещины, поэтому в некоторых случаях композитные трещины шва возникают иногда от горячей трещины.
Существует много причин образования трещин вызванные металлургическими и технологическими факторами. При гибридной сварке С02-лазер-ЮМА¥ бейнитных сталей с УНСУ коэффициент формы шва и скорость охлаждения являются главными причинами.