В. Г. ШТАММ, С. А. УСПЕНСКИЙ
Научный руководитель – В. Н. ПЕТРОВСКИЙ, к. ф.-м. н., доцент
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА ДЛЯ ОТРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИИ ГИБРИДНОЙ ЛАЗЕРНО-ДУГОВОЙ СВАРКИ СТАЛЕЙ БОЛЬШИХ ТОЛЩИН
На основе волоконного лазера и двух МИГ-МАГ источников разработан и собран лабораторный комплекс для отработки технологии гибридной лазерно-дуговой сварки сталей больших толщин по заказу Челябинского трубопрокатного завода.
В МИФИ на кафедре «Лазерная физика» при участии сотрудников НТО «ИРЭ-Полюс» был разработан и собран лабораторный комплекс для отработки технологии гибридной лазерно-дуговой сварки сталей больших толщин и дальнейшего его внедрения на производство .
Сварка сталей больших толщин является крайне сложным технологическим процессом. В настоящее время для сварки сталей больших толщин (от 10 мм) используют многопроходную дуговую сварку либо ставят несколько инверторных источников и горелок друг за другом (как это сейчас сделано на ЧТПЗ), тогда сварка осуществляется за один проход. Однако такой процесс крайне сложен для настройки и отклонение в токе хотя бы в одной горелке может привести к образованию дефекта в сварном шве.
Использование излучения лазера совместно с дуговой сваркой имеет ряд преимуществ [1,2], основные из которых: высокая глубина проплавления, маленькая зона термического воздействия, меньшие требования к зазору между свариваемыми поверхностями, лучшее соотношение микротвердости зоны шва и основного металла. Поэтому использование данной технологии позволяет ожидать получение более качественных сварных соединений, что и является основной целью заказчика.
Согласно техническому заданию заказчика был разработан и собран лабораторный комплекс, состоящий из волоконного лазера мощностью 26 кВт, двух инверторных МИГ-МАГ источников тока 900А каждый, зеркальной оптической сварочной головки, робота с триангуляционным датчиком для отслеживания шва (рис.1).
Рис.1. Лабораторный комплекс гибридной лазерно-дуговой сварки.
Проведенные испытания экспериментального комплекса показали его высокие технологические возможности. В ходе экспериментов проплавлялись и сваривались встык плоские образцы толщиной 10 и 21 мм из сталей 10ХСНД и 09Г2С. В качестве присадочного материала в экспериментах использовалась проволока 1.6 мм G3Si1 на основе железа.
С помощью проведенных экспериментов установлено влияние скорости сварки, энергии дуги и скорости подачи присадочного материала на сварочный процесс и соответственно формирование шва в условиях лазерно-дугового воздействия.
Проведенные металлографические исследования сварных швов на трубных сталях, полученных с помощью разработанного гибридного лазерно-дугового комплекса, показали, что при правильном выборе параметров технологического процесса можно получить мелкозернистую структуру металла сварного шва и узкую зону термического влияния. Проведенные технологические исследования показали, что проплавляющая способность созданного технологического комплекса позволяет сваривать за один проход металл толщиной до 21 мм при скорости сварки 3 м/мин.
Данная технология является экономически целесообразной т. к. общие энергозатраты на сварку снижаются примерно в 2 раза. Несомненным плюсом также является большая стабильность процесса, гибкость настройки режимов и адаптация для сварки сталей больших толщин на различных производственных линиях.
Список литературы
1. Gapontsev V. P. // Proc. of the 12th International Laser Physics Workshop, Hamburg, Germany, August 25-29, 2003 (LPHYS’03), paper PS3.
2. Ribic B., Palmer T. A., DebRoy T. International Materials Reviews. 2009. Vol. 54. №4. P. 223
