Разработка технологий гибридной сварки CO2-лазер+GMAW бейнитных сталей с ультранизким содержанием углерода тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.10, кандидат технических наук Чжао Фучэнь

• Чжао Фучэнь
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чжао Фучэнь

Специальность 05.02.10—сварка, родственные процессы и технологии

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Всеволод Владимирович Башенко

Санкт-Петербург-2011 г.

Содержание

Введение.

Глава 1 Состояние исследований бейнитных 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+ОМА\\^.

1.3.3 Исследование испытаниями гибридной сварки лaзep+GMAW.И

1.3.4 Влияющие факторы технологий гибридной сварки лазер+ОМА\У.

1.4 Состояние исследования гибридной сварки лазер+ОМА\У средних и толстых листов.

1.4.1 Гибридная сварка лазер+ОМА\У за один проход средних и толстых листов.

1.4.2 Многопроходная гибридная сварка лазер+С?^А^ средних и толстых листов. 1 б

1.4.3 Изучение дефектов и структуры шва при многопроходной гибридной сварке

1.5 Изучение механизма гибридной сварки лазер+ОМА\У.

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 исследовательные 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+СМА\У 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 СС>2-лазер+МЮ.

6.1Влияние 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(<1)

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+СМА\У 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.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологий гибридной сварки CO2-лазер+GMAW бейнитных сталей с ультранизким содержанием углерода»

Благодаря высокому уровню прочности, ударной вязкости, хладостойкости и другим комплексным свойствам, а также низкой себестоимости бейнитные стали с ультранизким содержанием углерода (УНСУ) являются одними из самых перспективных в XXI веке, поэтому бейнитные стали широко используют при создании важных инженерных сооружений 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+вМАХУ^ 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+вМА\У, 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 характеристик перехода капель в ванну и состояния действующих на неё сил, на этой основе анализировал закономерности и механизм влияния различных технологических факторов на поведение перехода капель, устойчивость дуги и формирование шва, вместе с тем проводил измерение и анализ микроструктур и механических свойств соединения гибридной сварки, и их взаймосвязи. Тем самым это заложило теоретическое обоснование и практическую основу для регулирования и обеспечения стабильности процесса сварки, которые позволят внедрить и применять гибридную сварку лазер+МЮ с эффективным использованием гибридного источника тепла лазер+дуга в сварочном производстве.

Принятые в работе сокращения

ГЛП—Генерируемая лазером плазма(или плазма лазера)

ЗБ—Зерневый бейнит

ЗТВ—Зона термического влияния

ИФ—Игольчатый феррит

М-А—Мартенсит-аустенит

МПГС—Многопроходная гибридная сварка

НИИ—Научно-исследовательский институт

ПЗГ—Поток защитных газов

СЗГ—Состав защитных газов

СО—Стандардное отклонение

СЦПК—Средний цикл перехода капель

УНСУ—Ультранизкое содержание углерода

ЦПК—Цикл перехода капель