Разработка физико-технологических основ лазерной сварки конструкционных сталей мощными CO2-лазерами

• Автор: Грезев, Анатолий Николаевич
• Шифр специальности: 05.03.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Шатура
• Количество страниц: 383 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

ГЛАВА 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

МОЩНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С МАТЕРИАЛАМИ ПРИ СВАРКЕ

1.1. Взаимодействие мощного излучения СО2-лазера с плазмой при сварке сталей в среде защитных газов

1.2. Пульсационные характеристики излучения плазменного факела

1.3. Непрерывная фоторегистрация излучения плазменной струи

1.4. Фотоэлектрическая регистрация излучения плазменной струи

1.5. Спектроскопическая диагностика термодинамических параметров приповерхностной плазмы
1.5.1. В среде аргона
1.5.2. В среде гелия
1.6. Механизм пульсаций, протекающий при лазерной сварке с глубоким проплавлением
1.7. Экспериментальное определение характера пульсаций лазерного излучения при лазерной сварке
1.8. Эффективность лазерной сварки в защитных газах на высоких мощностях излучения
1.9. Оптимизация мощности лазерного излучения при сварке сталей
1.10. Экспериментальное определение динамики переноса расплавленного металла в сварочной ванне
Выводы
Глава 2. ПРОЦЕСС КРИСТАЛЛИЗАЦИИ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ
ПРИ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКЕ
2.1. Характер формирование сварного шва и структуры при лазерной

сварке высоколегированных сталей
2.2. Особенности формирования сварного шва при дуговых и лазерном
способах сварки трубных сталей
2.2.1. Микроструктура стали 09Г2СФ
2.2.2. Микроструктура сварных соединений трубной стали 10Г2БТ при дуговой сварке
2.2.3. Микроструктура сварных соединений при лазерной сварке стали 09Г2СФ (£ = 5,7 мм, Р = 7,2 кВт)
2.2.4. Микроструктура сварных соединений при лазерной сварке стали 10Г2БТ
2.2.5. Микроструктура сварных соединений при лазерной сварке стали Х65
2.2.6. Микроструктура и твердость металла сварных соединений после термообработки
Выводы
Глава 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ ЛАЗЕРНЫХ СВАРНЫХ
СОЕДИНЕНИЙ В ПРОЦЕССЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
3.1. Природа и механизм образования горячих трещин
3.2. Методы исследования сопротивляемости сварных соединений горячим трещинам
3.3. Исследование влияния лазерной сварки на сопротивляемость сварных соединений кристаллизационным трещинам
3.4. Оценка стойкости сварных соединений стали 10Г2БТ против образования кристаллизационных трещин
Выводы
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СОПРОТИВЛЯЕМОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ОБРАЗОВАНИЮ ХОЛОДНЫХ ТРЕЩИН ПРИ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКЕ

4.1. Современное представление о природе и механизме образования холодных трещин
4.2. Методы исследования сопротивляемости сварных соединений образованию холодных трещин
4.3. Исследование влияния лазерной сварки на сопротивляемость сварных соединений образованию холодных трещин
Выводы
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ВЫПОЛНЕННЫХ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКОЙ
5.1. Состояние вопроса и методы исследования механических свойств
5.2. Прочность сварных соединений, шва и различных зон термического влияния
5.2.3. Прочность сварных соединений сталей, используемых в строительстве газонефтепроводов
5.3 Долговечность сварных соединений, выполненных лазерной сваркой
5.4. Оценка пластических свойств, сварных соединений при лазерной
сварке
5.4.1. Испытания на ударную вязкость и работу разрушения при статическом изгибе лазерных сварных соединений из сталей 12Х2Н4А, 18ХГТ, Ст
5.4.2. Испытание сварных соединений сталей 12Х2Н4А, 18ХГТ, Ст
на относительное удлинение и сужение при растяжении, угол загиба
5.4.3. Испытание сварных соединений трубных сталей на изгиб и ударную вязкость
5.4.4. Испытание лазерных сварных соединений стали 10Г2БТ, 17Г1СУ
на ударную вязкость
Выводы

могут быть связаны с поглощением излучения в плазме. При типичных условиях импульсного воздействия (Д1;<1 мс, 1-106 Вт/см2) разогрев поверхности металла до температуры, при которой начинается его интенсивное испарение, не происходит, так как время достижения поверхностью данной температуры при 1-106 Вт/см2 составляет -0,4 мс [42]. В случае использования непрерывного излучения С02-лазера с I = 2х106 Вт/см2 данное условие выполняется. Развивающаяся при расширении паров ударная волна слишком слаба, чтобы нагреть окружающий факел газ до температур, при которых в нем будет заметным поглощение ИК-излучения. В то же время сами пары достаточно ионизованы, чтобы интенсивно поглощать лазерное излучение. Время развития пробоя в металлических парах с момента достижения поверхности металла температуры кипения составляет -30-40 мкс. Распространение фронта ионизации в структуре паров приводит к развитию волны поглощения [40]. Интенсивные струи на скоростных развертках (рис. 1.3), по-видимому, соответствуют распространению неравновесных волн, поглощению излучения в парах металла со скоростями -100 м/с. Высокий потенциал ионизации гелия препятствует переходу зоны ионизации в защитную атмосферу, в то время как при подаче аргона развитие волн поглощения в парах металла приводит к ионизации Аг и окружающего газа. Квазипериодическое образование плазмы оптического пробоя в парах, сопровождающееся поглощением значительной доли подводимой энергии приводит к наблюдаемому отходу плазмы от поверхности с Готх~(1,5-2,5)х103 Гц и появлению в спектре пульсаций соответствующих частот.
Корреляционный анализ распределений 8(1) (рис 1.5) и временных изменений пространственной структуры факела (рис. 1. 3) показал, что нерегулярное сверхзвуковое струйное истечение паров из каверны вносит в пульсации интенсивности плазменного факела колебания с частотами -6 х 104 Гц. Подобное взрывообразное испарение металлической подложки не может быть интерпретировано, исходя из предположения о