автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Разработка физико-технологических основ лазерной сварки конструкционных сталей мощными CO2-лазерами

На правах рукописи УДК 621 791 72

Грезев Анатолий Николаевич

РАЗРАБОТКА ФИЗИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ МОЩНЫМИ С02-ЛАЗЕРАМИ

05 03 06 - Технологии и машины сварочного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Шатура-2006

003449164

Работа выполнена в Институте проблем лазерных и информационных технологий Российской академии наук

Официальные оппоненты докт техн наук, профессор И Н Шиганов

сертационного совета Д212 141 01 в Московском государственном техническом университете имени Н Э Баумана по адресу 105005, г Москва, 2-я Бауманская ул , д 5

Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим направить по указанному адресу

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им Н Э Баумана

Телефон для справок (495) 267-09-63

докт физ -мат наук Н Б Родионов

докт техн наук, профессор И И Казакевич

Ведущая организация ОАО Стройтрансгаз

Защита состоится « 1 » июня 2006 г в

часов на заседании дис-

Автореферат разослан « сгля/Х/^б^2006

г

Ученый секретарь диссертационного совета д т н , профессор

А В Коновалов

Подписано к печати 15 03 2006 г Заказ № 73

Объем 2,0 п л Тираж 100 экз

Типография ООО «Цифровичок»

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Сфокусированное лазерное излучение обладает высокой плотностью мощности (до 10" Вт/см2), что позволяет при сварке металлов вне вакуума получать сварные швы с глубоким проплавлением Для защиты сварочной ванны от взаимодействия с воздухом необходимо применение защитных газов - Аг, Не, С02, традиционно используемых в дуговых методах сварки Это приводит к образованию плазмы, имеющей такие характеристики, как потенциал ионизации, температуру, скорость распространения для каждого газа, что создает разные условия для проникновения лазерного излучения через плазму Плотность энергии и мощность лазерного излучения воздействуют на характеристики плазмы, и поиск оптимальных энергетических соотношений между лучом и плазмой является важной задачей, без решения которой лазерная сварка будет иметь ограниченные возможности

В свою очередь, плазма и образующаяся сварочная каверна в ходе сварки взаимодействуют и оказывают влияние на лазерное излучение и процесс плавления металла Образование парогазового канала и характер переноса жидкой фазы при сквозном проплавлении металла влияют на металлургические процессы в сварочной ванне, что представляет как научный, так и практический интерес

Формирование сварного шва лазерных сварных соединений происходит в специфических условиях глубокого, так называемого «кинжального» проплавления металла В связи с этим актуально изучение специфики кристаллизации швов лазерных сварных соединений и закономерности образования первичной и вторичной структуры в зависимости от химического состава стали и термического цикла охлаждения металла шва и зоны термического влияния (ЗТВ) на стадии кристаллизации и фазовых превращений

Ожидаемые высокие скорости охлаждения металла шва могут сказаться на технологической прочности сварных соединений, а именно на стойкости сварных соединений к образованию трещин в процессе кристаллизации металла шва и вследствие фазовых превращений, возникновении неравновесных закалочных структур, изменении показателей стойкости сварных соединений к образованию холодных трещин.

Со структурой шва и зоной термического влияния неразрывно связаны свойства сварных соединений прочностные - при статическом и циклическом нагружении образца, пластические - при ударном нагружении, изгибе, показатели твердости При сварке нержавеющих сталей важнейшей задачей является анализ коррозионной стойкости сварных соединений, а сварка трубных сталей, используемых при строительстве газопроводов и нефтепроводов, требует дополнительного исследования специфических свойств - стойкости сварных соединений к водородному и сероводородному охрупчиванию

Изучение вопросов, связанных с подготовкой свариваемого стыка, его влияния на процесс сварки и формирование шва, технологически необходи-

мо, особенно с практической точки зрения, определяющей области применения лазерной сварки

Анализ дефектов, образующихся при лазерной сварке, причин их возникновения, нахождение способов предотвращения дефектов и методов контроля качества сварного шва является весьма важной задачей, без решения которой лазерная сварка не будет иметь широкого применения в промышленности

Заключительный раздел разработки лазерной технологии - определение областей ее эффективного практического применения

Цель работы. Разработка научных основ технологии лазерной сварки конструкционных сталей и определение наиболее эффективных направлений применения мощных С02-лазеров

Методы исследования. Для исследования плазмы использовались спектрограф, инфракрасные датчики, скоростная и цифровая кинокамеры, пульсационные характеристики плазмы регистрировались фотоэлектрическим устройством ФЭУ - 112. При изучении сварочной каверны и механизма переноса жидкой фазы в сварочной ванне применялись стандартные и оригинальные методики и оборудование Металлографические исследования структуры сварных соединений проводились с использованием оптических микроскопов и твердомеров Технологическая прочность сварных соединений оценивалась по методикам МВТУ ЛТП1 и ЛТП2 Механические свойства определялись по ГОСТ 6996 - 66, ГОСТ 1497 - 84 тип 1,3 и 13

Сварка выполнялась на лазерных установках мощностью от 1,5 до 12 кВт

Научная новизна.

1 Лазерная сварка металлов может выполняться на мощности до нескольких десятков киловатт с защитой зоны плавления Не, Аг, С02 без экранирования лазерного излучения посредством выбора оптимального режима -плотности мощности, скорости сварки и расхода защитного газа, что достигается

а) при сварке сталей малых толщин на высоких скоростях (от 4 до 50 м/мин) - понижением температуры плазмы и отставанием ее активного фронта от сварочной каверны, что приводит к эффекту «просветления» плазмы для лазерного луча,

б) при лазерной сварке сталей больших толщин - образованием в сварочной каверне плазмы низкого давления и эффектом рефракции лазерного излучения в плазме, понижением на 1,5-2 порядка плотности лазерного излучения вследствие его равномерного распределения по высоте каверны, обязательным подавлением плазмы каверны увеличенным расходом защитного газа или специальной струей газа, обеспечением высокой скорости сварки, приводящей к отставанию плазмы от сварочной каверны

2

2 Стабильность процесса сварки обеспечивается равномерным распределением плотности энергии по всей высоте сварочной каверны и удержанием каверны от схлопывания плазменным потоком внутри нее, а также центробежными силами, возникающими вследствие термокапиллярного движения жидкого металла под действием поверхностных электромагнитных сил, вызванных колебаниями температуры сварочной каверны при оттоке перегретой жидкой массы металла по спирали в заднюю часть сварочной ванны

3 При лазерной сварке сталей наблюдается существенно более высокая сопротивляемость сварных соединений образованию кристаллизационных трещин по сравнению с дуговыми способами сварки, что объясняется

а) характером кристаллизации лазерных сварных швов, начинающейся поступательно в средней по высоте шва зоне, затем в нижней и, в заключение, в верхней части, что способствует снижению темпа деформации металла в ТИХ,

б) высокой степенью дисперсности первичной структуры, ее прерывистым характером в сопоставлении с дуговой сваркой,

в) значительной разориентировкой схем кристаллизации в различных участках сварного шва, менее выраженной внутрикристаллической неоднородностью,

г) снижением содержания вредных примесей в металле шва, прежде всего, серы, и ее испарения в процессе лазерной сварки

4 Высокая сопротивляемость лазерных сварных соединений образованию холодных трещин на легированных сталях объясняется образованием в металле шва измельченной аустенитной структуры и, как следствие, более измельченной вторичной структуры - с различным соотношением мартенсита и бейнита с очень тонкими (до 2,5 мкм), часто прерывистыми прожилками феррита

Практическая ценность работы.

1 Установлены принципиальные возможности лазерной сварки с использованием С02-лазеров с непрерывным излучением с высоким уровнем мощности и определены условия, позволяющие выполнять сварку с защитой сварочной ванны Не, Аг, С02 без образования плазменного пробоя и экранирования лазерного излучения плазмой

2 Установлены закономерности образования сварочной каверны и переноса жидкой фазы в сварочной ванне при лазерной сварке Объяснен механизм кристаллизации сварного шва при сквозном проплавлении металла, который обеспечивает высокие показатели технологической прочности и механических свойств сварных соединений Даны рекомендации по назначению режимов лазерной сварки, обеспечивающих качественное формирование сварного шва как при сварке без присадочной проволоки, так и с присадочной проволокой

3 Проведенный цикл исследований позволил отработать технологию лазерной сварки нержавеющих и газонефтепроводных труб, синхронизатора

3

шестерни коробки передач и обеспечить высокие эксплуатационные свойства При лазерной сварке сталей прочность сварных соединений равна прочности основного металла и разрушение, как правило, происходит по основному металлу, что объясняется

а) на сталях, подвергнутых закалке с отпуском, - явлением контактного упрочнения мягкой прослойки в ЗТВ,

б) на неупрочненных сталях - отсутствием в ЗТВ участка крупного зерна с пониженной твердостью, как это наблюдается при дуговых способах сварки, где происходит локализация растягивающих напряжений и разрушения

При лазерной сварке легированных сталей наблюдаются также высокие показатели пластических свойств сварных соединений ударной вязкости, угла загиба и уровня вязкости в широком диапазоне температур +20°С -40сС, что объясняется образованием измельченной вторичной структуры

Выполнен полный объем работ по проектированию, изготовлению лазерного технологического оборудования и организована поставка оборудования на предприятия под конкретные технологические задачи

Внедрение лазерной сварки нержавеющих труб способствовало увеличению производительности сварки более чем в 10 раз при эксплуатационных показателях сварного соединения, не уступающих основному металлу Сварка синхронизатора шестерни коробки передач автомобиля ВАЗ позволила перейти на новые конструктивные решения коробки передач, снизить ее вес и размеры

Апробация работы. Диссертационная работа, ее основные разделы и результаты исследований докладывались и обсуждались на международных и региональных конференциях в городах Москве, Екатеринбурге, Челябинске, Таганроге и др., на научных семинарах ИПЛИТ РАН, МГТУ им Н Э Баумана, АО Газпром, ОАО Стройтрансгаз, АО Трубной металлургической компании и др

Публикации. По теме диссертации опубликовано более 50 работ, основные из которых приведены в списке литературы

Объем работы. Диссертация состоит из введения, девяти глав, общих выводов по работе и приложения Основной текст диссертации изложен на 383 страницах. Кроме этого, в работу включены 183 иллюстрации, 33 таблицы и список литературы из 227 наименований.

Основное содержание работы.

Во Введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и основные научные положения, выносимые на защиту

В первой главе представлен анализ результатов исследований различных авторов по физике взаимодействия лазерного излучения с материалом и плазмой при лазерной сварке СОг-лазерами, которые выполнены для условий 4

неполного проплавления Большой вклад в изучение физики взаимодействия лазерного излучения с плазмой, с практическими рекомендациями, внесен работами В А Лопоты, А Ма15ипа\уа и др

Однако при исследовании сварки сталей большой толщины мощными лазерами авторы стремились увеличить интенсивность лазерного излучения, что приводило к поверхностному кипению и разбрызгиванию жидкого металла, а также плазменному пробою На основании этого было сделано заключение, что сварка металла больших толщин С02-лазерами невозможна и для этих целей предпочтительно использование импульсных лазеров, которые обеспечивают высокий уровень энергии и интенсивность в очень короткий интервал времени, не вызывая испарения с разбрызгиванием металла и плазменного пробоя

В работах В В Марущенко описаны эксперименты, в которых потоком газа плазма направлялась в сварочную каверну, и ее энергию использовали для увеличения глубины проплавления металла, что удалось выполнить с формированием очень ограниченных участков сварного шва, в остальной части шва воздействие луча и направленной плазмы имело вид лазерной резки металла

Самым распространенным при сварке сталей С02-лазерами методом, позволившим снизить отрицательное влияние плазмы, был сдув ее специальной струей газа, что несколько увеличило глубину проплавления металла, но не решило вопросов, препятствующих использованию лазеров большой мощности в сварке Также не были объяснены процессы, которые способствовали повышению эффективности сварки со сдувом плазмы

С другой стороны, практические работы показывают, что лазерная сварка сталей толщиной от 10 до 50 мм успешно выполняется на С02-лазерах мощностью от 10 до 70 кВт в различных газовых средах - Не, Аг, С02

При лазерной сварке в средах Не, Аг, С02 образуется плазма, которая существует как внутри каверны, так и над поверхностью свариваемого металла

Из работ В А Данилова, И В Немчинова следует, что плазма может иметь следующие режимы поддержания и распространения

1 - режим светодетонационной волны (СДВ), возникающий при I = 100x10-108 Вт/см2, скорость распространения плазменного фронта

V = 5-10 км/с, непрозрачна для излучения,

2 - режим дозвуковой радиационной волны (ДРВ), возникающий при I = (1-30)х106 Вт/см2, скорость распространения плазменного фронта

V = 1-4 км/с, температура достигает 3-4 эВ, (1 эВ = 11600 °С), прозрачность зависит от давления,

3 - стационарный режим светового горения (СГ), возникающий при I = (0,1-10)х106 Вт/см2, скорость распространения плазменного фронта У= 1-100 м/с, ТШ]= 17000 К, прозрачна для луча

Приповерхностная плазма не обладает стабильностью в течение процесса сварки Как видно из рис 1, приповерхностная плазма (эрозионныи фа-

5

в г

Рис. 1. Поведение эрозионного факела при лазерной сварке углеродистой стали: Р = 5 кВт; Усв = 2 м/мин. Защита Не - 17 л/мин; 1 - приповерхностная плазма; 2 - плазма каверны; а, г - плазма каверны не закрыта приповерхностной плазмой; б, в - плазма каверны закрыта

,3

а б в

Рис. 2. Плазма каверны в разные интервалы времени при сварке стали Х18Н10Т толщиной 8 мм, Р=12 кВт, Усв=2,5 м/мин, £ = 800 мм, среда Не, 17 л/мин. 1 - плазма каверны со стороны подвода лазерного излучения; 2 - свариваемый образец; 3 - плазма каверны со стороны корня шва.

а-д - общее время регистрации плазмы - 200 мс, с шагом 40 мс.

кел) непрерывно меняет свое положение относительно места входа луча в сварочную каверну, т. е. периодически ее закрывает и открывает. При этом она не экранирует лазерное излучение в период закрытия, что подтверждается стабильностью формирования сварного шва в течение всего процесса сварки. Определяющее воздействие на лазерное излучение при сварке металла больших толщин оказывают следующие части плазмы каверны: возвышающаяся над поверхностью свариваемого металла, проникающая внутрь каверны и выступающая с обратной ее стороны (рис. 2). В проведенном эксперименте при повышении мощности излучения с 2 до 12 кВт интенсивность излучения растет и выше значения 6 * 106 Вт/см2 приводит, по данным A.A. Бакеева, И.А. Буфетова, к активизации испарения металла в каверне, что повышает давление в ней до нескольких атмосфер и снижает по-

роговую интенсивность пробоя образовавшейся парогазовой среды.

Создаются условия для роста концентрации электронов в плазме каверны не только за счет газовой среды, но и электронов из паров металла. Происходит расширение плазмы навстречу лучу и увеличение яркост-ной температуры. По данным A.A. Offen-berger, М.С. Fouler, это вызывает повышение величины коэффициента поглощения ¡х плазмой ла-

зерного излучения и увеличение угла б отклонения лучей из-за рефракции Численные выражения ц и 0 для длины волны 10,6 мкм составляют

ц [см ']= 1,8 10-" пс2[см"3] Т;Х[эВ], (1)

6 = 5 Ю"20 |(дп/дг)[см-4]с1з, (2)

где пе- плотность электронов, см"3, Те - электронная температура плазмы В (2) интегрирование ведется по трассе луча, а (дп/дг) есть проекция градиента пе на нормаль к траектории луча Активизированные процессы поглощения плазмой лазерного излучения в каверне приводят к снижению глубины про-плавления металла, а с дальнейшим ростом интенсивности излучения - к прекращению процесса сварки Далее энергия из пространства, уже занятого плазмой, передается невозмущенному газу в направлении, встречном лазерному излучению, и ее скорость У0, внутренняя энергия В) и давление Р! определяются, исходя из расчета распространения светодетонационной волны, которая наблюдается в диапазоне плотности мощности 107-108Вт/см2 и составляет, по данным Ю.П Райзера

vo = [202-l)rзГ— , (3)

]_ Л

(у2-1)(у + 1)

У о = -

у ( 4 1 1/3 1—1 2/3

7 + 1

р. =

1

у + 1

рХ-

[2(уг-1)Г

у + 1

-Ро 1 >

(4)

(5)

где р0 - плотность газа, у - показатель адиабаты

При данных условиях происходит активное поглощение лазерного излучения плазмой и над поверхностью металла наблюдается ярко светящаяся плазма, имеющая разную форму в зависимости от газовой среды - шара в среде Аг, вытянутая вдоль луча в среде Не и С02

Проведенные расчеты и экспериментальные данные показывают, что для излучения С02-лазера при сварке в среде Аг порог поддержания СГ режима составляет —(0,1-1,0) х 106 Вт/см2 Режим СГ представляет большой практический интерес, поскольку именно в этом режиме наиболее эффективно выполняется лазерная сварка

Усредненные по времени экспериментально полученные значения температуры плазмы по относительной интенсивности слабореабсорбированных линий атомов железа изменяются от 16000 до 22000 К Скорость волны СГ при интенсивностях выше пороговых определяется соотношением, предложенным Ю П Райзером

у = (6)

РоСр V е.

где СР - теплоемкость при постоянном давлении, р0 - плотность невозмущенного газа, 10 - интенсивность излучения,

Расчеты по определению V (6) дают значения от 1 до 29 м/с Распространение плазмы при сварке происходит в направлении, встречном лазерному излучению В связи с тем, что лазерный пучок после фокусирующего объектива сходится, интенсивность лазерного излучения на фронте плазмы уменьшается и, соответственно, снижается также температура плазмы Так как существует некая минимальная величина температуры Т0, при которой еще может существовать плазма с достаточной концентрацией заряженных частиц, то при понижении температуры до значений Т < Т0 движение фронта плазмы прекращается При этом чем больше угол схождения лазерного излучения, тем быстрее величина Т на фронте плазмы достигает величины Т0

Исходя из вышеизложенного, можно заключить, что движение фронта плазмы в направлении, перпендикулярном ходу излучения, невозможно, так как величина Т становится меньше величины Т0 сразу после выхода из зоны действия луча

Таким образом, для обеспечения эффективной сварки необходимо использовать режим СГ, для чего следует обеспечить относительно стабильную плотность мощности ~ (0,1-1,0)х106Вт/см2, тес ростом толщины свариваемого металла необходимо увеличивать мощность лазерного излучения Р, геометрический диаметр пятна излучения <1х и фокусное расстояние Р рассчитывать по формулам-

где Э - полный угол расходимости.

С увеличением мощности излучения при постоянном фокусном расстоянии Р=300 мм происходит рост интенсивности излучения При достижении уровня мощности 3,7-4 кВт и 7,5-8,0 кВт (в среде Аг и Не соответственно) наблюдается плазменный пробой, который сопровождается переходом от режима СГ (рис 3,а) в режим ДРВ (рис 3,6) В режиме СГ наблюдаемые скорости движения плазменного фронта составляют от 1 до 100 м/с, в режиме ДРВ - от 1 до 4 км/с Прозрачность плазмы с ростом интенсивности излучения снижается и достигает нескольких десятков процентов Дальнейший рост интенсивности излучения свыше 10 МВт/см2 приводит к СДВ режиму (рис 3,в), у которых скорость распространения фронта лежит в пределах от 5 до 20 км/с и описывается зависимостью (3) Плазма в режиме СДВ, как правило, малопрозрачна (при интенсивности > 30x10й Вт/см2) или непрозрачна (108 Вт/см2) для лазерного излучения

В случае сварки в среде Аг переход в режим ДРВ происходит, когда интенсивность излучения начинает превышать значение ~(1-2) МВт/см2 При 8

00

=0 ^

(8)

(9)

переходе в режим ДРВ активизируются два фактора: поглощение лазерного излучения плазмой и его рефракция в плазме.

При сварке металлов большой толщины (>1,0 мм) плазма сварочной каверны начинает оказывать самостоятельное влияние на процесс взаимодействия с лазерным излучением. Внешне плазма сварочной каверны в разные моменты времени имеет вид, представленный на рис. 2. Экспериментальное изучение плазмы, выступающей из каверны при сварке в среде Не, показывает, что при интенсивности подведенного излучения (2-5)хЮ6 Вт/см2 плазма нестационарна, тем не менее процесс сварки протекает стабильно, с формированием качественного сварного шва.

Установлены наиболее характерные частоты пульсации светимости плазмы каверны - 1, 2, 5, 20, 65, 125 и 200 кГц с амплитудой до 50% относительно поверхности каверны.

Нестабильность мощности лазерного излучения имела место на частотах fj, = 4, 8, 30, 125 кГц с амплитудой -5%. Температура плазмы при сварке в среде Не в приосевых зонах достигает 12000-14000 К, в среде Аг - 16000— 22000 К, а в периферийных зонах —7500 К.

Следует отметить и такой немаловажный фактор, что максимальные температуры в приосевых зонах наблюдаются на удалении ~10 мм от сварочной каверны.

В то же время температура плазмы каверны, замеренная на расстоянии

1 мм над поверхностью металла, ниже и не превышает для Не - 11000 К, для Аг -15000 К. Распределение концентрации электронов пе по высоте плазмы в периферийных зонах (г>0,25 мм) при I = 2х106Вт/см2, VCB = 5 м/мин соответствует уменьшению величины п<; с высотой.

Максимальные значения Пе = 3*1016 см~3 при сварке в Аг наблюдаются в плазме каверны на уровне среза верхней плоскости образца. При удалении на расстояние 6 мм величина 1^=5x1013 см"3. При сварке в Не при тех же параметрах величина пе равна 9Х1016 см~3 и 8х101:> см-3 соответственно. Время установления термодинамического равновесия плазмы т в сопоставлении с временем At установления квазистационарного состояния плазменного факела очень мало. Стационарное состояние плазменного факела сохраняется в течение времени At~10 " с.

9

а б в

Рис. 3. Характер распространения плазменного фронта и эффективность проплавления металла в среде Аг в зависимости от мощности излучения: а - 3 кВт, режим СГ; 6-4 кВт, режим ДРВ; в - 6 кВт, режим СДВ.

Время релаксации к локальному термодинамическому равновесию плазмы с температурой kT ~ 1 эВ и концентрации электронов Пс = 1016 см-3 составляет т ~ 10 7—10 ® с, т е т/Аt = 10-2-10 3

Полученные нами экспериментальные данные свидетельствуют, что плазма каверны неустойчива во времени и неоднородна в пространстве по электронной плотности пе, температуре Т Это приводит к рефракции лазерного излучения По расчетам А И Юдина, траектории лучей в разные интервалы времени и при разной плотности пе меняются (рис 4)

На рефракционные процессы при сварке С02-лазером также оказывают влияние непрерывные изменения диаметра сварочной каверны с частотой 3-4 Гц при VCB = 2 м/мин, что влечет за собой изменение величин пе и Т плазмы В работах X Хора, В Ю Баранова установлено, что в неоднородной плазме лучи отклоняются в сторону уменьшения электронной плотности Понижение величины п^ на оси каверны в сопоставлении с периферийными зонами вызывает "просветление" плазмы по центру каверны Лазерное излучение практически без потерь на поглощение в плазме проходит через каверну, и энергия излучения расходуется на плавление металла

В то же время уменьшение величины на оси каверны приводит к отклонению траектории лучей к оси каверны, т е происходит фокусировка лазерного излучения В свою очередь, это вызывает рост интенсивности лазерного излучения и, как следствие, увеличение iij и Т по центральной зоне сварочной каверны, что ведет к выравниванию электронной плотности по сечению каверны, и, соответственно, траектории лучей выпрямляются Как только пе по центральной зоне каверны достигнет определенного максимума, происходит расфокусировка лазерного излучения, что приводит к снижению интенсивности по центральной зоне каверны и ее росту в периферийных зонах каверны и росту пе на периферии и началу отклонения траектории лучей в центральную зону каверны Данный механизм взаимодействия лазерного излучения с плазмой каверны при изменении ее диаметра носит автоколебательный характер и подобен воздействию на металл лазерной сварки импульсными лазерами

Изучение А А Бакеевым, И А Буфетовым плазмы в узком капилляре показывает происходящие процессы рефракции и свидетельствует о существовании низких уровней давления в капилляре при интенсивностях излучения 0,2-6,0*10б Вт/см2, которое находится в диапазоне 0,01-0,1 атм При дан-10

прохождении лазерного излучения через плазму в интервалы времени (в мкс) 0,88, 1,32, 1,98, 3,74, Пе электронная плотность

ном давлении в капилляре за плазменным фронтом образуется волна разряжения, т е возникает поток плазмы по направлению к донышку капилляра Подобное явление наблюдается и при лазерной сварке со сквозным проплав-лением металла, где образуется поток плазмы из основания сварочной каверны Скорость потока плазмы может достигать 7,5 км/с

Принципиальным вопросом является поведение лазерного излучения в сварочной каверне По данным Ф В Лебедева и др, вследствие рефракции лазерного излучения в плазме его интенсивность в каверне может снижаться в 6-8 раз Это уменьшает вероятность плазменного пробоя внутри каверны

Эксперименты показывают, что даже расфокусированные за счет рефракции лучи на входе в каверну после отражения от стенок каверны при выходе из ее основания снова становятся сфокусированными

Стенки сварочной каверны обладают достаточно большой отражательной способностью При этих условиях формируется «кинжальное» проплав-ление с обеспечением уширения с усилением сварного шва в верхней его части По высоте сварного шва наблюдается почти параллельное проплавление боковых кромок, что свидетельствует о равномерном поглощении излучения, а также равномерном распределении лазерной энергии по высоте сварочной каверны Распределение мощности лазерного излучения по высоте сварочной каверны определяется

где Ех - средняя плотность мощности на единицу площади стенки каверны, Вт/мм2, Р - подведенная мощность лазерного излучения, Вт, Я - радиус каверны, мм, /г - высота каверны, мм

Проведенные расчеты позволили установить снижение Ек с увеличением свариваемой толщины металла

Экспериментально установлено, что на энергетические характеристики плазмы можно воздействовать По данным В Ю Баранова и др , при контакте плазмы с окружающим ее холодным газом происходит активная передача энергии посредством

- резкого повышения давления при пробое, что порождает ударную волну в окружающий газ при СДВ режиме, а газ за ударной волной, как известно, нагревается,

- излучения в широком спектральном диапазоне (ДРВ режим),

- теплопроводности при выравненном давлении между плазмой и окружающим газом (СГ режим)

На возвышающуюся над металлом плазму при лазерной сварке воздействуют с целью повышения эффективности сварки Наиболее распространенным методом, нашедшим применение в настоящее время, является поток газа (Не, С02, N2), направленный поперек плазмы Японская компания при лазерной сварке труб на мощности 25 кВт в среде Аг с расходом 20 л/мин использует для подавления плазмы поток Не со скоростью 100 л/мин

Это дает возможность, минуя режим СДВ и ДРВ, работать в СГ режиме, так как Не наиболее активно обеспечивает эффективный отвод энергии от плазмы (понижение температуры плазмы), предотвращая ее переход в более высокое энергетическое состояние.

Численное решение системы нестационарных двухмерных газодинамических уравнений непрерывности, дви-^ ¡Я^^^Н жения и баланса энергии позволило ус-^ ^^Щ^И тановить, что температура плазмы ка-

ВЬ^ Щр^^Н верны находится в обратно пропорцио-

^^^И^к р ^^М^^В нальной зависимости от скорости потока

I гелия, направленного поперек плазмы

каверны.

Экспериментально доказано, что иногда достаточно увеличить расход защитного газа (в данном случае Аг) с 17 до 30 л/мин (рис. 5). Это позволяет плазме перейти из режима ДРВ в СГ только за счет понижения ее энергетических характеристик, т. е. переход от ДРВ к СГ требует, чтобы теплопроводност-ный перенос тепла стал эффективнее лучистого.

В ходе экспериментов при сварке металлов толщиной <1 мм установлено, что на процесс плазмообразования влияние оказывает также величина Усв. Так, в частности, при увеличении Усв от 5 до 25 м/мин при мощностях излучения от 2,0 до 5,0 кВт, с использованием линзы из КС1 с фокусным расстоянием £=300 мм, в среде Аг наблюдается качественное формирование сварного шва. Однако при Усв ^27 - 30 м/мин процесс сварки становится неустойчивым, что выражается в прерывистом характере плазмы. Это вызвано снижением температуры плазмы Т < Т0. Увеличение интенсивности лазерного излучения приводит к повышению температуры плазмы при одновременном обеспечении условия Т > Т0. Стабильность процесса про-плавления при данной интенсивности сохраняется до значений Усв <35 м/мин, а при дальнейшем росте величины Усв снова наступает условие, когда температура плазмы опускается ниже минимального значения Т < Т0 и т.д.

Высокая скорость сварки снижает энергетические параметры плазмы, размер плазмы уменьшается, и плазма становится прозрачной для излучения. Также наблюдается некоторое отставание плазменного факела от места про-

в г

Рис. 5. Влияние расхода защитного газа и скорости сварки на плазмообразование и проплавле-ние стали 08Х18Н10Т толщиной 2 мм, Р = 3 кВт: а - Усв = 2 м/мин, расход Аг 17 л/мин; в - Усв = 3 м/мин, расход Аг 17 л/мин; б -Усв = 2 м/мин, расход Аг 30 л/мин; г - Усв = 3 м/мин, расход Аг 30 л/мин; 1 - плазма со стороны подвода лазерного излучения; 2 - свариваемый образец; 3 -плазма со стороны корня шва.

никновения лазерного излучения в металл, что уменьшает экранирующее воздействие плазмы (рис. 5, г).

Формирование парогазового канала при лазерной сварке с неполным проплавлением материала и перенос жидкого металла из каверны в сварочную ванну подробно изучены в работах В.А. Лопоты, Б. БсИиокег; рассмотрены два механизма - за счет давления паров расплава и термокапиллярный.

В данном разделе представлены экспериментальные исследования по формированию сварочной каверны и переносу металла из каверны в сварочную ванну при лазерной сварке со сквозным проплавлением металла.

Анализ полученных видеоматериалов показывает, что из каверны жидкий металл с частотой ■ '3—4 Гц выбрасывается порциями по касательной к образующей сварочной каверны

О А р Г Д р

против часовой стрелки в на-Рис. 6. Механизм переноса расплавленно- правлении сварочной ванны го металла из зоны каверны в сварочную (рис. 6).

ванну при лазерной сварке. Установлена начальная

скорость выброса металла из каверны. При УСЕ = 1 м/мин она достигает 30 мм/с, при Усв= 1,5 м/мин - ~ 45 мм/с, а иногда превышает это значение. С удалением от сварочной каверны скорость жидкости замедляется до нуля.

Это связано с торможением жидкого металла силами поверхностного натяжения, которые растут по мере охлаждения металла. Скорость движения жидкого металла в каверне превышает скорость жидкости в металлической ванне, и как только скорость металла в каверне и масса жидкого металла достигнут критического значения, происходит выброс металлической жидкости в сварочную ванну.

Толщина жидкой прослойки перед выбросом металла в сварочную ванну равна 0,75-0,82 мм, после выброса - 0,43-0,57 мм.

Между активными выбросами жидкости наблюдается и ее отток из каверны в сварочную ванну с меньшей скоростью.

Для получения информации о поведении расплава металла по высоте каверны использовались зачеканенные медные

Рис. 7. Характер движения расплава медной вставки в различных участках в продольном сечении сварного шва: а - на расстоянии 0,9 мм от оси шва; б - на расстоянии 0,6 мм от оси шва; в - по оси

шва. г,

стержни. После сварки из каждого исследуемого участка сварного шва подготавливался шлиф из расчета попадания плоскости реза. 1 - на продольную ось медной вставки поперек сварного

13

шва, 2 - на поперечную ось медной вставки вдоль сварного шва, 3 - на продольную ось медной вставки в плоскости сварного шва На рис 7 представлены результаты эксперимента по второму варианту

При образовании лазерной каверны металл в зоне воздействия луча находится в основном в двух состояниях - жидком и парообразном Доля жидкой фазы составляет не менее 98 % Температура расплавленного металла в прилегающих участках каверны не является константой по высоте каверны В нижней части каверны, где интенсивность лазерного излучения ниже в сопоставлении с верхней, температура жидкого металла незначительно превышает температуру кипения меди (2360 °С)

Температура металла в средней и верхней зонах по толщине свариваемого образца может приближаться к 2500 °С, но не превышать температуру кипения железа (3050 °С), так как признаков испарения Бе и легирующих элементов с более низкой Т^п, например Мп, не обнаружено

Не столь существенные изменения температуры жидкого металла по высоте сварочной каверны связаны с процессами рефракции лазерного излучения, происходящими не только в поперечном сечении верхней части каверны, но и по всей высоте каверны, а также переотражением излучения от стенок каверны, на которых поглощается суммарно, примерно одинаковое количество энергии, ~75-85 % Это же количество энергии идет на плавление металла в сварочной каверне

В экспериментах установлено, что движение меди при расплавлении независимо от положения медной вставки имеет направленность вверх по высоте каверны, вперед по направлению сварки, а также в направлении формирования сварного шва Проникновение меди в расплав наблюдается в сторону формируемого шва и в направлении сварки на расстояние до 6 мм Образование сварочной каверны и ее сохранение в процессе лазерной сварки при отсутствии активного испарения металла и давления в каверне, превышающего 1 атм, может иметь место за счет двух факторов воздействия потока плазмы в сварочной каверне и поверхностных электромагнитных волн (ПЭВ), которые, по данным Л Д Ландау, А А Ковалева и др, на поверхности расплава образуют поверхностные периодические структуры (ППС), т е рельеф ППС образуются по следующим механизмам сублимационному, испарительному и термокапиллярному Сублимационный механизм может реа-лизовываться при интенсивности излучения >108 МВт/см2, испарительный -при >107 Вт/см5 и термокапиллярный - при <10х10б Вт/см2 Неоднородный нагрев, вызванный движением луча и дифракцией излучения, на гребнях рельефа приводит к еще большему искажению поверхности Из теоретических работ Б П Рысева следует, что скорость профиля поверхности в координатном пространстве каверны при движущемся луче имеет вид

(х,1)/а = БА* (х,1)Е*к, • (х,1), (11)

где Ъ определяет координаты движущего профиля во времени I и точке х по высоте каверны, Е к, =Ео Электрическое поле Е0 определяется

Е0(Я, г) = [Е'е (к) + Ерер(к)]ехр[1(кЯ - о*)], [ 12]

Здесь падающая волна разложена на э- и р-составляющие Е5 и Ер, Я -трехмерный радиус вектор, к - волновой вектор, А - функция, зависящая от угла ар- вектор между к, и р

Е0 усиливает нелинейные стадии развития ППС, что обеспечивает многообразие нелинейных режимов эволюции рельефа. Существенно влияют на эволюцию рельефа эффекты, связанные с перераспределением ПЭВ на сформировавшихся ППС Они имеют квадратичную зависимость тепловыделения от амплитуды поля ПЭВ и проявляются, по данным П С Кондратенко и др , наиболее заметно при активационных нелинейностях При эволюции профиля нагреваемой поверхности присутствует активационная экспонента ехр(и/Т), где и - энергия активации, Т - температура поверхности Совместное воздействие электродинамических и активационных нелинейностей вызывает рост вторичных гармоник на базе максимальных первичных структур Это влечет за собой увеличение на несколько порядков электромагнитного поля на границе металл - плазма Вторичные гармоники под действием лазерного излучения снова проходят цикл воздействия электродинамических и активационных нелинейностей Эволюция ППС продолжается до достижения критических параметров массы жидкого металла Как показывают эксперименты, это приводит к уменьшению диаметра сварочной каверны за 300 мс с 1,36 до 0,64 мм, за это же время увеличивается плотность лазерного излучения, растет давление в сварочной каверне, ПЭВ достигают своего максимума, и как только происходит выброс жидкого металла в сварочную ванну, цикл нарастания гармоник ППС повторяется.

Рефракционные процессы лазерного излучения вызывают изменение интенсивности в поперечном и продольном направлении каверны, что дополнительно оказывает влияние на образование ППС и изменение вектора направленности движения образующих структур под действием изменяющих направление ПЭВ

Перегретый жидкий металл движется вокруг каверны не только в ее верхней части, но и по всей глубине сварочной каверны Причем образование ППС и скорость движения жидкого металла вокруг каверны находятся в зависимости от температуры Температура жидкого металла и ППС изменяется по высоте сварочной каверны, а также по мере удаленности от оси каверны Вследствие этого более нагретые слои жидкости имеют более высокую скорость в сопоставлении с менее нагретыми участками жидкого металла, а это должно создавать эффект так называемого «прилипания» и условия для перемещения металла по высоте сварочной каверны от меньших скоростей к более высоким Температуры, капиллярные силы и ППС распределены неравномерно, и силы тяжести в данном случае имеют меньшие величины в со-

поставлении с капиллярными силами При сложении векторов скоростей проникновения жидкого металла получаем, что жидкий металл может по спирали подниматься вверх, что подтверждает перенос расплавленной меди из средней части шва в верхнюю (рис 7).

Продвижение меди в направлении сварки происходит также вследствие процессов вращения жидкой фазы вокруг сварочной каверны и переноса части расплава с примесями меди в последующие участки свариваемого металла

Из результатов эксперимента следует, что сварочная каверна образуется и поддерживается в процессе лазерной сварки преимущественно за счет центробежных сил жидкого металла, вызванных ПЭВ При этом в процессе сварки изменяется диаметр сварочной каверны, т е когда температура, скорость вращения жидкого металла вокруг каверны и масса жидкой фазы приближаются к критическим значениям, осевые размеры каверны становятся минимальными В этот момент происходит выброс перегретой и избыточной жидкой фазы в сварочную ванну, диаметр каверны изменяется от 0,64 до 1,36 мм. По-видимому, размеры каверны меняются по всей ее высоте волнообразно

Давление в сварочной каверне меняется синхронно с выбросом жидкой фазы и достигает максимального значения при минимальном диаметре каверны При увеличении диаметра каверны давление в ней падает, что приводит к активному проникновению защитного газа в каверну, как установлено в работах В Г Федорова, А Ма1зипаша

Представленные механизмы образования ПЭВ и ППС и, соответственно, образование сварочной каверны и перенос металла в сварочную ванну, по мнению Ю Н. Орлова, П С Кондратенко, к сожалению, не имеют достаточной экспериментальной базы, которая бы позволила в теоретических работах определить количественные величины ПЭВ и ППС, векторы их направленности

Во второй главе изучены характер кристаллизации лазерных сварных соединений и микроструктура шва и ЗТВ При лазерной сварке сталей на всех исследуемых режимах проплавление носит кинжальный характер Запись термоциклов в различных участках сварочной ванны указывает на неравномерное распределение теплоты по ее объему, что выражается в градиенте температур по высоте и поперечному сечению сварочной ванны и различном времени пребывания 1:с жидкого металла при температурах Ттах выше температуры плавления Тпл

Наиболее высокая температура наблюдается в чашеобразной верхней части шва (Ттах> 1870) °С, время пребывания сварочной ванны в этой зоне ^ = 2-3 с при Ттах > Тпл В средней части шва Ттах = 1530-1750 °С, ¡с =1,8-2,2 с, в корневой части шва Ттах = 1450-1540 °С, ^ = 2,1-2,5 с Неравномерность по значениям Ттах и ^ приводит к образованию в сварочной ванне кинжальной формы проплавления, уширения в корневой части, и особенно в верхней час-

ти шва. Сварной шов по характеру кристаллизации условно можно разделить на три части: чашеобразную верхнюю, центральную и корневую (рис. 8).

Характер формирования шва зависит в основном от двух факторов -подвода теплоты и условий теплоотвода.

Условия теплоотвода в центральной зоне шва отличаются от условий теплоотвода в верхней чашеобразной и корневой частях шва. В последних теплоотвод происходит посредством теплопередачи в основной металл и

конвективных потоков при взаимодействии с окружающей газовой защитой шва - гелием, аргоном и т. д. Теплоотвод конвективными потоками осуществляется менее интенсивно в сопоставлении с теплопередачей в тело металла. Таким образом, кристаллизация в процессе сварки происходит поступательно из центральной по высоте части шва, где теплоотвод вследствие теплопередачи происходит более интенсивно. Центрами кристаллизации служат оплавленные поверхности зерен основного металла. Затем фронт кристаллизации движется к центру шва (к осевой части). При этом наблюдается изгиб осей кристаллов по направлению сварки, а в зонах, примыкающих к корневой и верхней частям шва, фронт кристаллизации смещается в указанные зоны, о чем свидетельствует направленность кристаллитов. Схема кристаллизации в данном случае больше соответствует плоской.

В корневой части шва направление роста кристаллитов отклоняется в сторону корня шва. Кристаллиты в шве имеют столбчатый характер, за исключением кристаллитов в центральной зоне шва. Продольные оси и боковые грани кристаллитов в целом ориентированы в тех же направлениях, что и элементы первичного роста, хотя полного совпадения не наблюдается, особенно у боковых граней.

Верхняя часть шва является активной зоной подвода теплоты. В данной зоне количество подведенной энергии максимально. Зона характеризуется прерывистым, более длительным процессом кристаллизации металла в сопоставлении с центральной зоной. Схема кристаллизации чашеобразной верхней части шва больше соответствует объемной, т. е. оси кристаллитов изогнуты в объеме ванны. Кристаллиты начинают свой рост как бы на подложке из кристаллитов центральной части шва и прорастают по оси шва снизу вверх. С боковой поверхности рост кристаллитов начинается от твердого нерасплавленного металла перпендикулярно к поверхности теплоотвода с дальнейшим изгибом кристаллита в направлении жидкой ванны.

В общем случае исследование швов, выполненных лазерной сваркой, позволяет указать на существенно более прерывистый характер кристаллизации металла, чем при дуговых способах сварки. Мижни юворить об опреде-

17

Рис. 8. Характер кристаллизации лазерного сварного шва: сталь 08Х18Н10Т, Усв=10 м/мин, Р = 3 кВт.

ленной «хаотичности» процесса кристаллизации Об этом свидетельствуют различные формы сечения кристаллитов, встречающиеся на одном поперечном разрезе шва а) вытянутые дендриты, произрастающие от боковой стенки сварочной ванны практически до середины шва и встречающиеся в центре шва под углом 40-50° к вертикали, б) такие же дендриты, растущие от противоположных боковых стенок сварочной ванны параллельно поверхности стали навстречу друг другу (под углом 180°), в) отдельные ячейки небольших размеров овальной формы с большей осью, вытянутой практически параллельно поверхности стали, представляющие собой поперечное сечение денд-ритов, растущих от задней стенки сварочной ванны, г) смешанные дендрито-ячеистые образования, свидетельствующие о существенно изменяющемся направлении роста одних и тех же кристаллитов, д) мелко дифференцированные равноосные ячейки центральных кристаллитов

Столь широкое многообразие различных форм сечения кристаллитов говорит об объемном характере первичной кристаллизации швов, выполняемых лазерной сваркой в достаточно большом диапазоне скорости сварки (от 0,5 до 20,0 м/мин)

Микроструктура металла шва на сталях перлитного класса состоит из тонко дифференцированной мартенситно-бейнитной смеси и выделений фер-ритной составляющей в виде прожилок шириной в основном 2,0-2,5 мкм и единичных прослоек, образуемых цепочками очень мелких зерен феррита Ширина отдельных кристаллитов составляет 13,0-19,5 мкм Структура металла ЗТВ неоднородна по периметру шва Так, зона крупного зерна в верхней части шва характеризуется мелкодисперсной мартенситно-бейнитной структурой с величиной зерна в пределах 7-9 баллов Зона крупного зерна у корня шва имеет более четкую игольчатость мартенситно-бейнитной структуры В зоне мелкого зерна преобладает мартенситно-бейнитная структура с более мелким зерном

В третьей главе представлены результаты исследований по технологической прочности сварных соединений в процессе кристаллизации металла шва в температурном интервале хрупкости (ТИХ)

В литературе практически отсутствуют сведения по вопросам технологической прочности сварных соединений при лазерной сварке Исследования по горячим трещинам, проведенные при дуговых способах сварки, ограничены применяемыми скоростями сварки и не позволяют даже приблизительно оценить технологическую прочность при лазерной сварке Из работ В И Дятлова, Б Ф Якушина и др известно, что при дуговой сварке увеличение скорости, как правило, приводит к резкому понижению сопротивляемости сварных соединений образованию горячих трещин В связи с этим определение технологической прочности в температурном интервале хрупкости при лазерной сварке является актуальной задачей

Для определения сопротивляемости металла шва образованию горячих трещин, согласно работам И Н Прохорова, Б Ф Якушина, использовался

критический темп деформации, т е отношение У*р __ Для перехода к

\У кр

критическому темпу деформации измерялась, кроме критической скорости изгиба образца у,,, (см рис 9), скорость охлаждения металла шва в ТИХ -\УГИХ (рис 10) Установлено, что при лазерной сварке на скоростях от 0,6 до 3,3 м/мин не происходит снижение сопротивляемости металла шва образованию горячих трещин (рис 11) При этом сопротивляемость образованию горячих трещин на скорости 0,6 м/мин несколько выше, чем при аргонодуговой сварке

Стойкость сварных соединений из сталей 12Х2Н4А и Ст35 против образования горячих трещин, определяемая на круговой пробе размером (80x80x3) мм по длине трещины при лазерной сварке, выше, чем при аргонодуговой, причем с увеличением скорости лазерной сварки стойкость повышается (рис 12)

Высокая сопротивляемость металла шва образованию горячих трещин, а также малая чувствительность сопротивляемости к изменению скорости лазерной сварки объясняются характером формирования структуры, т е схемой и типом кристаллизации металла шва Измельчение первичной структуры металла шва с увеличением скорости лазерной сварки явилось одной из

»■»«л

с >-. г 2

>с н

^ 1

о.» и; 0.5*

Л У

>

V г-

Рис 9 Влияние способов и режимов сварки на критическую скорость изгиба

образцов (Укр) ----- - аргонодуговая

сварка,- - лазерная сварка, 1 -

12Х2Н4А, 2 - 18ХГТ

Рис 10 Влияние способов и режимов сварки на скорость охлаждения металла шва в ТИХ (\утах) -

-----аргонодуговая сварка,--

лазерная сварка, 1 - 18ХГТ, 2 -12Х2Н4А

причин повышения стойкости сварных соединений против образования горячих трещин При лазерной сварке сталей толщиной более 5 мм наблюдаются автоколебательные процессы в сварочной каверне с относительно большими частотами и парциальный выброс жидкой фазы в сварочную ванну Это дополнительно обеспечивает разную направленность роста первичной структуры в различных участках сварного шва

На сопротивляемость горячим трещинам оказывают влияние величина и место приложения растягивающих сил на металл, находящийся в твердо-

жидком состоянии в момент его наиболее низкой стойкости против образования горячих трещин. Такие условия по характеру кристаллизации возникают

I

г у

/ Nr

h (. N

Рис. 11. Влияние способов и режимов сварки на критический темп деформации: (аКР)------аргонодуговая сварка;

--лазерная сварка; 1 - 12Х2Н4А;

2-18ХГТ.

Рис. 12. Влияние способов и режимов сварки на суммарную длину трещин в шве (Ь): 1 - лазерная сварка (защита - гелий); I1 - лазерная сварка (защита - С02); 2 -электроннолучевая сварка; 3 -

аргонодуговая сварка; - -

12Х2Н4А;-----Ст.35.

первоначально в центральной части шва, где, по данным H.H. Прохорова, Г.А. Смирнова-Аляева, наблюдаются более низкие значения растягивающих сил, а значит, и более низкий темп деформаций. Закристаллизовавшаяся центральная часть создает условия для снижения растягивающих сил при кристаллизации нижней и верхней частей шва и, следовательно, для уменьшения темпа деформации в этих зонах.

Установленное металлофизическими исследованиями существенное снижение в металле лазерного шва содержания серы приводит к повышению стойкости сварных соединений против образования горячих трещин.

В четвертой главе изучена сопротивляемость сварных соединений образованию холодных трещин при лазерной сварке. При лазерной сварке скорости охлаждения шва и околошовной зоны в интервале температур наименьшей устойчивости аустенита намного выше, чем при дуговых способах сварки (рис. 13). Однако, как показывают проведенные исследования, при лазерной сварке сопротивляемость сварных соединений образованию холодных трещин на закаливающихся сталях 12Х2Н4А, 18ХГТ и Ст.35 оказалась неодинаковой. Так, при лазерной сварке на легированных сталях 12Х2Н4А и 18ХГТ при условии максимально возможных нагрузок по методике ЛТП2-5 до 1400 МПа в течение 20 ч холодных трещин в сварном соединении не наблюдается. Лазерная сварка стали Ст.35 и ее сочетаний со сталью Ст. 10 приводит к образованию холодных трещин в сварном соединении (рис. 14).

Разная сопротивляемость легированных сталей перлитного класса 12Х2Н4А, 18ХГТ и углеродистой стали Ст.35 образованию холодных трещин при сопоставляемых способах сварки является следствием различия структур

сварных соединений в процессе образования аустенитных зерен и у—>а превращения.

При лазерной сварке легированных сталей дисперсность аустенитной структуры в 4 - 6 раз выше в сопоставлении с дуговой сваркой.

Измельчения аустенитной структуры при лазерной сварке стали Ст.35 не происходит, что объясняется, согласно работам Г.В. Курдюмова, Л.С Лившица и др., высоким содержанием углерода, способствующим росту зерна, и отсутствием легирующих элементов, которые бы, наоборот, сдерживали его рост. Резкое ужесточение термического цикла при лазерной сварке в сравнении с аргонодуго-вой оказывает разное влияние на у—>а превращение в сталях 12Х2Н4А и Ст.35, а следовательно, на изменение структуры и микротвердости металла.

Сталь 12Х2Н4А имеет мартенситно-бейнитную структуру в шве и околошовной зоне при термических циклах аргонодуговой сварки, с преобладанием мартенсит-ной составляющей. Переход на лазерную сварку приводит в шве и околошовной зоне к измельчению аустенитной структуры и при мартенситном превращении - к образованию измельченного, менее напряженного мартенсита. Особенно высокая дисперсность структуры наблюдается на скорости 5,5 м/мин. Из работ ЭЛ. Макарова, В.Г. Федорова и др. известно, что такая структура обладает повышенной сопротивляемостью образованию холодных трещин.

Иное влияние оказывает высокая жесткость термического цикла лазерной сварки на структуру металла шва и околошовной зоны стали Ст.35. Лазерная сварка на скорости 2,0 м/мин изменяет структуру металла в шве и околошовной зоне: структура становится мартенситной, характерной для углеродистой стали. Повышение скорости сварки до 3,3 м/мин не вызывает заметного измельчения мартенситной структуры.

Рис. 13. Влияние способа и скорости сварки на

скорость охлаждения металла шва в интервале температур (600-500 °С).

-----аргонодуговая

сварка;----электроннолучевая сварка; --лазерная сварка.

Рис. 14. Влияние способа и скорости сварки на показатель сопротивляемости холодным трещинам (а). 1 - 12Х2Н4А; 2 - 18ХГТ; 3 - 12Х2Н4А + 18ХГТ; 4 -Ст. 10, 5 - Ст.35, 6 - Ст.35 + Ст. 10. — - аргонодуговая сварка;----

электроннолучевая сварка; --лазерная сварка.

Полученный структурный анализ подтверждается результатами замера микротвердости и термокинетическими диаграммами Распределение микротвердости Н//50 поперек оси шва в стали 12Х2Н4А показало, что при аргоно-дуговой сварке средняя микротвердость в шве и околошовной зоне составляет 450 Н^50 При лазерной и электроннолучевой сварке микротвердость в шве повышается до 500 Н//5о

Микротвердость металла шва и околошовной зоны при лазерной сварке стали Ст 35 в два раза выше, чем при аргонодуговой, и достигает 600-750 Н/Узо Такую микротвердость имеет структура мартенсита, что также подтверждается структурным анализом

Таким образом, при лазерной сварке стали 12Х2Н4А микротвердость шва и околошовной зоны несущественно отличается от микротвердости этих зон при аргонодуговой сварке Однако образующиеся при всех способах сварки закалочные структуры обладают при лучевых способах сварки повышенной дисперсностью, а следовательно, и высокой пластичностью При лазерной сварке стали Ст 35 в шве и околошовной зоне образуется структура крупноигольчатого мартенсита с высокой микротвердостью, что резко снижает пластичность этих зон по сравнению с аргонодуговой сваркой

В пятой главе рассматриваются результаты исследования механических свойств сварных соединений, которые являются неотъемлемой частью отрабатываемой технологии сварки

При испытании сварных соединений на статическое растяжение определяется временное сопротивление наиболее слабого участка Следует отметить, что образцы из термоупрочненных сталей 12Х2Н4А, 18ХГТ и нетермо-упрочненных сталей Ст 35, 17Г1СУ, 10Г2БТ, 09Г2СФ, Х65, сваренные лазерным лучом, оказались равнопрочными основному металлу Разрушение образцов из термоупрочненных сталей при всех способах сварки происходило по зоне разупрочнения, а сварные соединения, выполненные из нетермо-упрочненных сталей, разрушались по основному металлу вне зоны термического влияния Полученные результаты показали, что высокая прочность лазерных сварных соединений из термоупрочненных сталей объясняется несколькими причинами, в том числе, согласно работам О А Бакши, Р 3 Шро-на и др , эффектом так называемого контактного упрочнения «мягкой прослойки», что было подтверждено экспериментально

При аргонодуговой сварке стали 12Х2Н4А ударная вязкость шва, линии сплавления и зоны закалки оказалась ниже а„ основного металла Лучевые способы сварки этой же стали при более жестком термическом цикле обеспечивают достаточно высокую ударную вязкость тех же участков сварного соединения, превышающую этот показатель для основного металла

Уровень ударной вязкости металла шва при лазерной сварке сталей 10Г2БТ, 17Г1СУ близок к аналогичным показателям качества швов при дуговом способе сварке Полученные значения работы разрушения (А) образцов в зависимости от температуры испытаний дают достаточно высокие значения

даже при температуре испытания минус (70-75)°С Снижение А начинает наблюдаться при температуре ~ (минус 50)°С

Полученные результаты по ударной вязкости косвенно совпадают с данными работ М Бенеса, И Слупа и др и объясняются тем, что высокие значения а„ металла шва ЗТВ обусловлены измельчением структуры сварного соединения, процессами металлургической очистки и дегазации переплавленного металла

В главе представлены результаты оценки пластических свойств сварных соединений - угла загиба, относительного удлинения и сужения образца при статическом растяжении

Результаты испытания сварных соединений при циклических нагрузках показали усталостную прочность, равную прочности основного металла

При исследовании трещиностойкости (вязкости разрушения) лазерных сварных соединений стали 10Г2БТ, выполненных по ГОСТ 25 506-85, было показано, что стадия зарождения вязкой трещины составляет 0,25 мм, а температура перехода от вязких разрушений к квазихрупким - минус 41°С

В шестой главе приводятся результаты испытаний на коррозионную стойкость и коррозионные разрушения лазерных сварных соединений сталей 08Х18Н10Т и 17Г2СУ, широко применяемых в производстве труб для химической, нефтяной, газовой промышленности Одним из основных видов оценки служебных свойств сварных соединений из этих сталей является их испытание на межкристаллитную коррозию и растрескивание под напряжением

Предварительно проводились исследования химического состава сварных соединений

Расчет концентрации элементов в образце проводился по методу ZAF, определяющему отношение интенсивности характеристического излучения 1 - элемента в образце к интенсивности этого же элемента в эталоне

В качестве эталона для нержавеющей стали использовался стандартный образец состава 16,3% Сг, 9,16% Ni, 0,17% Си, 0,95% Мп, 2,33% Si, 2,6% V

Для количественной оценки распределения легирующих добавок по высоте шва проводилась статистическая оценка неоднородности по данным рентгеновского микроанализа

Оценка гомогенности изучалась в каждой области по 12 точкам с доверительной вероятностью 95%

Для выявления структуры швов стали 17Г2СУ, а также проведения рентгеновского анализа образцы предварительно полировались, а затем травились в 1% растворе азотной кислоты в этиловом спирте

Для изучения влияния лазерной сварки, а также условий газовой защиты шва на химический состав шва проводился локальный рентгеноспек-тральный анализ в верхней, средней и нижней частях шва

Для образцов, не склонных к межкристаллитной коррозии, ^ " = 1

Для образцов, имеющих различную склонность к межкристаллитной коррозии, —< 1, где <3п и С)0 - площади под поляризационными кривыми в

бо

прямом и обратном направлениях изменения потенциалов

Равномерная коррозия образцов в 0,1 М растворе серной кислоты определялась по величине плотности тока коррозии Ток равномерной коррозии определялся из суммарных поляризационных кривых, построенных в координатах

77=1Я1кор, (13)

где 1кор - ток коррозии, г| = фк - ср „(„+), срк и (р „(„+) - соответственно потенциал коррозии и потенциал стандартного водородного электрода

Испытание проводилось в 66% растворе хлористого цинка при кипении

Склонность сварных соединений к межкристаллитной коррозии оценивалась по времени появления первых трещин Проведены электрохимические испытания на межкристашгатную коррозию образцов, полученных как арго-нодуговой, так и лазерной сваркой при всех скоростях сварки и способах газовой защиты швов

Для сравнения испытывались и исходные стали 08Х18Н10Т и 17Г2СУ

В результате показано, что для всех исследованных образцов = это сви-

2о

детельствует об отсутствии механизмов, способствующих развитию межкристаллитной коррозии, а именно об отсутствии в межзеренном пространстве карбидов хрома

Установлено, что плотность тока равномерной коррозии несколько больше для образцов, полученных лазерной сваркой, чем плотность тока коррозии исходной стали Значения плотности тока коррозии для различных скоростей лазерной сварки коррелируют с величинами концентрационной неоднородности по титану

Испытанию на коррозионное растрескивание подвергались отрезки труб из стали 08Х18Н10Т диаметром 38 мм и толщиной стенок 1,5 мм, изготовленные лазерной сваркой со скоростью 8 м/мин с использованием в качестве газовой защиты шва гелия, аргона, азота и воздуха

Из работ О И Стеклова и др известно, что для хромоникелевых сталей аустенитного класса при испытании в 66% растворе гпСЬ и напряжении 44 кг/мм2 коррозионное растрескивание материала наблюдается через 4—44 часа Проведена оценка максимальной величины остаточных напряжений, возникающих при производстве труб диаметром 38 и толщиной стенки 1,5 мм, которая соответствует 742 кг/мм2

Испытание показало, что при выдержке образцов в хлоридном растворе в течение 120 часов произошло коррозионное растрескивание основного ме-

таила, но не сварных соединений, полученных при всех способах газовой защиты шва

В седьмой главе представлены результаты исследований работоспособности лазерных сварных соединений во влажных сероводородосодержа-щих средах

Стальные изделия, работающие в контакте с влажными сероводородо-содержащими средами, могут подвергаться следующим видам разрушения

1) сероводородное растрескивание под напряжением (СРН),

2) водородное растрескивание типа расслоения (ВР)

СРН проявляется чаще в зарождении и ускоряющемся развитии одной магистральной трещины, приводящей к разрушению изделия, при слабом развитии или отсутствии побочных трещин Трещины при этом расположены в плоскости, перпендикулярной растягивающим нагрузкам

Этому виду разрушения подвержены в большей степени стали со сравнительно высокими показателями твердости и прочности, углеродистые стали при содержании углерода более 0,25% и многие легированные стали

Механизм этого вида разрушений объясняют скоплением протонов водорода Н у неметаллических раскатанных включений или пор и т д и его молизацией в Н2 При этом развивается высокое давление - 100 кгс/см2 и более, приводящее к возникновению трещин и последующему их стимулирующему росту

Известно, что при Сэ > 0,38% (Сэ - углеродный эквивалент) в сварном соединении могут образоваться твердые неравновесные закалочные структуры, ускоряющие процессы СРН

Испытывались образцы стали 17Г1СУ, сваренные лазерной сваркой с последующей термообработкой и без термообработки

Цель исследований - определение относительной стойкости сварных соединений против СРН под напряжением образцов, заваренных лучом лазера без термообработки и после термообработки сварного шва по режиму отпуска при температуре 550 °С

Испытания сварных соединений проводились по методике ТМ-01-77, разработанной американской Ассоциацией коррозионистов (NACE)

Методика заключается в определении времени до разрушения испытуемых образцов под действием одноосного растягивающего статического напряжения заданного уровня (образцы испытываются в сероводородосодер-жащих средах) образцовыми динамометрами

Величину заданных нагрузок рассчитывали по формуле

Р =Кхс7 xS, (14)

3U4 1 ' v 7

где Рзад - нагрузка на образец, кгс, от - предел текучести, кгс/мм2, S - площадь сечения образца, мм2, К - коэффициент нагрузки

«К» было выбрано равным 0,4, 0,5, 0,6, 0,7 от предела текучести ат = 39 кгс/мм2

Стойкость сталей против сероводородного растрескивания под напряжением при испытании принято оценивать по условному пороговому напряжению «ап» - максимальному напряжению (в долях от предела текучести), при котором ни один из испытанных образцов не разрушился за 720 часов испытаний

Пороговое напряжение 0,8 0,7 0,6

Группа стойкости С1 С2 СЗ

В зависимости от условий применения и степени ответственности участка трубопровода определяют требования к трубам по ап При а„ < аг трубы не рекомендуются использовать в условиях контакта с сероводородосодер-жащими средами

Образцы помещались в испытательный раствор, продуваемый сероводородом По истечении 96 часов образцы исследовались на наличие расслоений Затем образцы разрезали на 3 равные по длине части, места разрезов шлифовали, протравливали и определяли показатели СЫ1 (отношение суммы длин трещин в сечении образца к ширине образца, выраженное в процентах) и СТГ1 (отношение суммы толщин трещин в сечении образца к высоте образца, выраженное в процентах)

Кроме этой, предусмотренной стандартом ЫАСЕ-02-84, проверки наличия трещин на сечениях резки дополнительно средний (содержащий сварной шов) отрезок испытанного образца разрезался продольно в плоскости, перпендикулярной толщине образца (вдоль его оси), пересекающей сварное соединение На этой плоскости дополнительного реза также определялось наличие трещин типа расслоения с целью возможного выявления провоцирующего воздействия сварки к росту водородного растрескивания типа расслоения в зоне сварного соединения

Стойкость трубных сталей против ВР в отечественной газовой отрасли в последнее время оценивалась по величине показателей трещин СЬЯ% и СТЯ% с отнесением к группам стойкости

группа стойкости С] С2 С3

показатель длины трещин 3 6 12

показатель толщины трещин 0 1 2

Величина показателя толщины трещин «0» означает наличие отдельных трещин, не образующих «террасы», т е удаленных друг от друга на расстояние более 0,5 мм

После выдержки в сероводородосодержащей среде во всех образцах, по результатам УЗК, появились расслоения При оценке величин показателей расслоений по примененной методике установлено, что нетермообработан-ные образцы квалифицируются как неприемлемые для работы в сероводоро-досодержащих средах, так как не отвечают требованиям по показателю толщины трещин СТЯ

После термообработки оба показателя С1Л1 и СИЯ значительно снижаются, и образцы по средней (для испытанных образцов) величине показате-

лей (CNR = 0,35, CLR = 8,6) можно отнести к группе стойкости С2 Сварные соединения, имеющие группу стойкости С2, могут допускаться к работе в се-роводородосодержащих средах при пороговом напряжении оПОр ^ 0,6 ат Стойкость стали или изделий из них считается удовлетворительной и применимой для работы в сероводородосодержащих средах только в случае получения результатов испытаний по всем показателям стпор > 0,6 от, CLR < 12%, CTR < 2%

Испытанный способ лазерной сварки ухудшает показатели стойкости против сероводородного растрескивания под напряжением в случае, если не проведена последующая термообработка сварного соединения Отпуск при 550 °С обусловливает превышение стойкости сварного шва над уровнем стойкости основного металла и зоны термического влияния В практике изготовления электросварных стальных труб, а также монтажных работ по строительству газопроводов и нефтепроводов из таких труб пределом достижения сварочной технологии считается равенство стойкости сварного соединения и основного металла

Обращает на себя внимание выявленный в данных исследованиях факт положительного влияния термообработки на стойкость образцов металла против водородного растрескивания Это можно объяснить значительной неравновесностью структуры испытанной листовой стали в исходном состоянии и снижением неравновесности в результате термообработки, т е в нашем случае неудовлетворительную стойкость имеет сама испытанная сталь в представленном исполнении

В восьмой главе представлено обобщение статистических данных по дефектам, встречающимся в лазерных сварных соединениях

Имеется достаточно обширный опыт выполнения лазерной сварки на углеродистых сталях Ст 10, Ст20, Ст35, Ст45, Х12, 40Х, среднелегирован-ных сталях 18ХГТ, 12Х2Н4А и высоколегированных сталях 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 10Х18Н10Т Результаты металлографического анализа вышеуказанных марок сталей показывают высокие качественные характеристики сварных соединений, однако существует вероятность образования пор в металле лазерных сварных швов В связи с этим дан анализ причин образования пор и по методике К В Любавского проведена оценка стойкости лазерных швов против пористости, вызываемой ржавчиной и окалиной Установлено, что лазерные сварные швы имеют на порядок меньший размер пор в сопоставлении со швами дуговой сварки

Изучено влияние подготовки свариваемого стыка на качество лазерных сварных соединений Проведенные эксперименты позволили сделать рекомендации по подготовке разных типов соединений, в том числе по увеличенному зазору

Экспериментально определены допустимые отклонения лазерного излучения от свариваемого стыка для разных толщин и уровней мощности

Дан анализ влияния режимов лазерной сварки (чаще всего это связано с

уровнем погонной энергии Риг1 ) на качество формирования сварного соке»

единения

В работе определены граничные параметры допустимых отклонений в распределении излучения и даны рекомендации

В девятой главе представлен анализ экономически выгодного практического применения лазерной сварки в машиностроении и металлургии

Важнейшим преимуществом лазерной сварки является возможность ведения технологического процесса с получением высоких свойств сварных соединений на предельно возможных скоростях, превышающих скорости сварки дуговыми способами при сварке больших толщин (> 5 мм) в 3-5 раз, при сварке малых толщин - более чем в 10 раз

Примером отработки технологии лазерной сварки с вышеперечисленными достоинствами может служить сварка шестерен автомобилей ЗИЛ и ВАЗ

Исследование шестерен в сборе после лазерной сварки показало их высокую прочность и точность всех геометрических размеров

На ВАЗ в 1992 г поставлен лазер ТЛ-1,5 для сварки шестерен Разработаны технология и оборудование для лазерной сварки труб из нержавеющих сталей на базе стана «20-76» Сварные трубы из нержавеющих сталей широко используются в химической, сахарной промышленности, в автомобилестроении, судостроении и строительстве Основным способом получения неразъемного сварного соединения является аргонодуговая сварка Данный способ сварки имеет ряд существенных недостатков, главным из которых является низкая производительность (Усв ~ 1-3 м/мин)

Разработка технологии лазерной сварки труб проводилась на сталях ау-стенитного класса 08Х18Н10Т, 08Х18Н10 и ферритного класса 08Х18Т1 Разработана общая компоновка трубосварочного лазерного стана В соответствии с заказом потребителя была заварена опытно-промышленная партия труб 0 33 х 1,5 мм из стали 08X18Н10 длиной 11000 м Производительность сварки для данного стана повышена в 5 раз Разработана технология лазерной сварки газонефтепроводных труб, которая в ближайшие годы может стать альтернативой дуговой сварке под флюсом

Перспективность использования лазерного луча для сварки газонефтепроводных труб состоит в следующем возможность сварки за один проход, получение качественного сварного соединения, по свойствам не уступающего основному металлу, повышение производительности технологического процесса, существенное улучшение экологической ситуации, так как из процесса исключаются флюс, электроды

В настоящее время трубы для газонефтепроводов изготавливаются из низколегированной стали марок 17ГС, 17ГС1СУ, 13ГС, 13ГСУ, 08ГБЮ, 12ГСБ, 10ГНБ, 13Г1СУ, 09ГНФБ, 06ГФБАА, 08Г1НФБ

Показано, что лазерные сварные соединения удовлетворяют требованиям ТУ 14-3-1270-2001 и обеспечивают работоспособность труб и их пригодность для магистральных газонефтепроводов

Рассмотрены требования к сварным соединениям труб, включая требования к подготовке трубной заготовки перед сваркой, к технологическому процессу сварки, а также методам неразрушающего контроля

Материалы проведенных исследований предлагается использовать при подготовке нормативно-технической документации на трубы, сваренные лучом лазера

Для проверки работоспособности труб, сваренных лучом лазера, по методикам, принятым на трубопрокатных заводах, проведены натурные испытания труб диаметром 630 мм, с толщиной стенки 8 мм, длиной фрагмента 2000 мм

Трубы, подвергнутые испытанию на избыточное давление, выдержал» нагрузку 170-210 кГс/см2, что в 4-5 раз превышает рабочее давление

Партия труб в начале 90-х годов была установлена в газопровод и успешно эксплуатируется до настоящего времени

Увеличение скорости сварки с 1 до 4 м/мин повышает экономическую эффективность лазерной сварки примерно в 2 раза

ВЫВОДЫ

1 Лазерная сварка металлов может выполняться на мощности до нескольких десятков киловатт с защитой зоны плавления Не, Аг, С02 без экранирования лазерного излучения посредством выбора оптимального режима -плотности мощности, скорости сварки и расхода защитного газа, что достигается

а) при сварке малых толщин на высоких скоростях - понижением температуры плазмы и отставанием ее активного фронта от сварочной каверны, что приводит к эффекту «просветления» плазмы для лазерного луча,

б) при лазерной сварке больших толщин - образованием в сварочной каверне плазмы низкого давления, эффектом рефракции в плазме лазерного излучения, понижением на 1,5-2 порядка плотности лазерного излучения вследствие его равномерного распределения по высоте каверны, обязательным подавлением плазмы каверны увеличенным расходом защитного газа или специальной струей газа, обеспечением высокой скорости сварки, приводящей к отставанию плазмы от сварочной каверны

2 При лазерной сварке со сквозным проплавлением металла образуется сварочная каверна с постоянным проникновением через нее лазерного излучения и газа, понижающего температуру среды в каверне Это обеспечивает стабилизацию параметров плазмы в каверне, равномерное плавление металла по его толщине на всем протяжении сварки

3 Стабильность процесса сварки обеспечивается равномерным распределением плошосги энергии по всей высоте сварочной кавсрпы и удсржани-

29

ем каверны от схлопывання плазменным потоком внутри нее, а также центробежными силами, возникающими вследствие термокапиллярного движения жидкого металла под действием тангенциальных сил, вызванных резкими колебаниями температуры на передней стенке сварочной каверны при оттоке перегретой жидкой массы металла по спирали в заднюю часть сварочной ванны

4 Перенос жидкого металла по направлению сварки и из нижней в верхнюю часть шва происходит вследствие вращения жидкого металла вокруг сварочной каверны по всей его высоте и изменения вектора направленности от низа к верху и, наоборот, под действием автоколебательных процессов, возникающих между лазерным лучом, плазмой и жидким металлом

5 При лазерной сварке сталей наблюдается существенно более высокая сопротивляемость сварных соединений образованию кристаллизационных трещин по сравнению с дуговыми способами сварки, что объясняется

а) характером кристаллизации лазерных сварных швов, начинающейся поступательно в средней по высоте шва зоне, затем в нижней и, в заключение, в верхней части, что способствует снижению темпа деформации металла в ТИХ,

б) высокой степенью дисперсности первичной структуры, ее прерывистым характером в сопоставлении с дуговой сваркой,

в) значительной разориентировкой схем кристаллизации в различных участках сварного шва, менее выраженной внутрикристаллической неоднородностью,

г) снижением содержания вредных примесей в металле шва, прежде всего, серы и ее испарения в процессе лазерной сварки

6 Высокая сопротивляемость лазерных сварных соединений образованию холодных трещин на легированных сталях объясняется образованием в металле шва измельченной аустенитной структуры и, как следствие, более измельченной вторичной структуры - с различным соотношением мартенсита и бейнита с очень тонкими (до 2,5 мкм), часто прерывистыми прожилками феррита

7 При лазерной сварке сталей прочность сварных соединений равна прочности основного металла, и разрушение, как правило, происходит по основному металлу, что объясняется

а) на сталях, подвергнутых закалке с отпуском, - явлением контактного упрочнения мягкой прослойки в ЗТВ,

б) на неупрочненных сталях лазерных сварных соединений - отсутствием в ЗТВ участка крупного зерна с пониженной твердостью, как это наблюдается при дуговых способах сварки, где происходит локализация растягивающих напряжений и разрушения

8 При лазерной сварке легированных сталей наблюдаются высокие показатели пластических свойств сварных соединений ударной вязкости, угла загиба и уровня вязкости в широком диапазоне температур (+20°С -41°С), что объясняется образованием измельченной вторичной структуры

30

Основные положения и научные результаты диссертации отражены в следующих работах:

1 Грезев А Н Плазмообразование при лазерной сварке с глубоким проплав-лением // Сварочное производство - 2005 - № 5 - С 20-25

2 Грезев А Н Формирование парогазового канала и перенос жидкого металла из каверны в сварочную ванну при лазерной сварке // Сварочное производство -2005 - № 6 - С 13-17

3 Грезев А Н , Морозенков А А Эффективность лазерной сварки в защитных газах при высокой плотности мощности излучения // Сварочное производство- 1997 -№ 1 -С 2-4

4 Грезев А Н, Басков А Ф, Лукьяненко В Л Сопротивляемость образованию горячих трещин в швах аустенитных сталей при лазерной сварке на больших скоростях//Сварочное производство-1996 -№8 -С 15-17

5 Григорьянц А Г, Грезев А Н , Грезев Н В Разработка технологии лазерной сварки сталей, используемых в трубной металлургии // Технология машиностроения -2005 -№10 -С 32-37

6 Григорьянц А Г, Грезев А Н , Грезев Н В Технология двулучевой лазерной сварки и ее применение в промышленности // Технология машиностроения - 2005 - № 10 -С 28-31

7 Абильсиитов Г А , Сафонов А Н , Грезев А Н Разработка лазерных технологических процессов для задач машиностроения // Электротехника - 1988 -№ 10 - С 8-19

8 Сафонов А Н, Грезев А Н , Кашин В Е Разработка лазерных технологических комплексов//Электротехника - 1988 -№10 -С 14-15

9 Патент РФ № 2038937 Способ лазерной сварки /АН Грезев, Г Ю Ми-кульшин // Б И. - 1995 - №19

10 А с 1582295 (СССР) Магнитоэлектрический линейный двигатель / Г А Абильсиитов, А Д Гололобов, А Н. Грезев // Б И - 1990 -№ 28

И Ас 1504748 (СССР) Линейный электродвигатель постоянного тока /ГА Абильсиитов, А Д Гололобов, АН Грезев, А Д Ивлев //Б И - 1989 -№32

12 Грезев А Н, Романцов И А , Горицкий В В Натурные испытания нефте-газопроводных труб диаметром 530 мм, сваренных лазерным лучом // Черная металлургия -2004 -№9 - С 40-44

13 Сравнение технологической прочности соединений, выполненных лучевыми и дуговыми способами сварки /А Г Григорьянц, А Н Грезев, В Г Федоров, БФ Якушин// Автоматическая сварка - 1980 -№ 10 - С 1114

14 Якушин Б Ф , Гаджиев Н Г, Грезев А Н Малогабаритное устройство для оценки технологической прочности сварных соединений // Автоматическая сварка - 1980 -№ 12 - С 69-72

15 Грезев АН, Григорьянц АГ, Федоров В Г Структура и механические свойства разнородных соединений, выполненных лазерной сваркой // Автоматическая сварка - 1984 -№9 - С 46-49

16 Грезев А Н , Лукьяненко В Л , Забелин А М Свойства соединений стали 08Х18Н10Т, выполненных лазерной сваркой // Автоматическая сварка -1989 -№ 12 -С 63-64

17 Исследование работоспособности сварных соединений трубных сталей 10Г2БТ выполненных двухпроходной лазерной сваркой / А А Рыбаков, В В Якубовский, А Н Грезев и др //Автоматическая сварка - 1995 -№7 - С 12-17

18. Grezev AN Plasma formation in laser welding //Welding International -2005 - Vol 19 № 10 -P 808-813

19 Grezev A N Formation of the vapour-gas channel in the weld pool in laser welding//Welding International -2005 - Vol 19 №11 -P 906-910

20 Грезев A H, Григорьянц А Г, Федоров В Г Технологическая прочность и выносливость при лазерной сварке конструкционных сталей // Повышение качества и эффективности сварочного производства на предприятиях г Москвы Сб -М Знание, 1980-С 11-15

21 Григорьянц А Г , Иванов Ю Н , Грезев А Н Механические свойства сварных соединений, выполненных лазерной сваркой //Труды МВТУ - 1980 - № 337 - Прочность сварных конструкций и требования контроля / Под ред В А Винокурова - С 10-18

22 Грезев А Н Плазмообразование при лазерной сварке с глубоким проплав-лением //Современные лазерно-информационные и лазерные технологии - Сборник трудов ИПЛИТ РАН - М Интерконтакт Наука - 2005 -С 228-235 (ISBN 5-902063-12-4)

23 Grezev А N , Baskov A F , Lukyanenko V L High hot-cracking resistance of high-speed laser welds in austenitic steels // Proceedings of SPIE - 1994 -Vol 2257-P 58—62

24 Golubev V S , Grezev A N , Kumar N High-power CW C02 laser beam channeled penetration into liquid // Proceedings of SPIE- 2004 - Vol 5449 -P 436-442

25 Azharonok V V , Golubev V S , Grezev A N Interaction of CW C02 laser radiation with plasma near-metallic substrate surface // Proceedings of SPIE -2000 - Vol 4165 - P 232-243

26 Изучение свойств, разработка критериев оценки качества и технических требований к сварным соединениям труб, изготовленных с применением лазерной сварки Отчет по теме 2 3, этап 2 3 1 "Высоконадежный трубопроводный транспорт" /ЗАО "Лазерные комплексы" Руководитель темы АН Грезев ГР № 01200115071, Инв № 03200104997 - Шатура, 2000 -117с

ОГЛАВЛЕНИЕ.

Введение.

ГЛАВА 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

МОЩНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С МАТЕРИАЛАМИ ПРИ СВАРКЕ.

1Л. Взаимодействие мощного излучения С02-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 {8 = 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 Х

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. 35.

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.

Глава 6. КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ И КОРРОЗИОННЫЕ РАЗРУШЕНИЯ ЛАЗЕРНЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ.

6.1. Коррозионная стойкость лазерных сварных соединений из стали 08Х18Н10Т.

6.1.1. Методика анализа образцов на рентгеновском микроанализа-торе MAP - 3.

6.1.2. Оценка гомогенности образца.

6.1.3. Методика исследования образцов на межкристаллитную (МКК) и равномерную коррозию электрохимическим методом.

6.1.4. Методика испытаний образцов на межкристаллитное растрескивание.

6.1.5. Исследование структуры и состава сварных швов.

6.1.6. Испытания на межкристаллитную и равномерную коррозию.

6.1.7. Испытание на коррозионное растрескивание.

6.2. Коррозионная стойкость лазерных сварных соединений из стали 17Г2СУ.

6.2.1. Исследование структуры и состава сварных швов.

6.2.2. Испытания на межкристаллитную коррозию.

Выводы.

Глава 7. ИЗУЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЛАЗЕРНЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ВО ВЛАЖНЫХ СЕРО

ВОДОРОДОСОДЕРЖАЩИХ СРЕДАХ.

7.1. Исследование стойкости против сероводородного растрескивания под напряжением лазерных сварных соединений.

7.2. Исследование стойкости лазерных сварных соединений против водородного растрескивания.

Выводы.

Глава 8. ДЕФЕКТЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ ЛАЗЕРНОЙ

СВАРКЕ.

8.1. Исследование образования пор в швах при лазерной сварке стали.

8.2. Влияние подготовки свариваемого стыка на качество лазерных сварных соединений.

Выводы.

Глава 9. ОТРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ИСПОЛНЕНИЯ.

9.1. Отработка технологии лазерной сварки шестерен автомобилей ЗИЛ и ВАЗ.

9.2. Разработка технологии и оборудования для лазерной сварки труб из нержавеющих сталей на базе стана "20 - 76" Новомосковского трубного завода.

9.3. Разработка технологии лазерной сварки газонефтепроводных труб.

9.3.7. Лазерная сварка газонефтепроводных труб.

9.3.8. Опытная сварка продольного и кольцевого стыка труб, испытание избыточным давлением.

ВЫВОДЫ.

Актуальность проблемы. Прогресс в разработках технологических С02-лазеров в 80-е годы предопределило активизацию работ по применению новых источников энергии в технологических процессах сварки, резки, наплавки, термообработки и легирования. Новые технологии нашли применение в разных отраслях промышленности: машиностроении; металлургии; авиастроении; судостроении и т. д.

Большой вклад в развитие лазерной техники и технологии внесли такие научные организации, как ИПЛИТ РАН, МГТУ им. Н.Э. Баумана, ВНИИЭТО, ВНИИЭСО, ИЭС им. Е.О. Патона, ЛПИ им. С.М. Кирова.

Работы в данном направлении проводились по координационным программам. Предлагаемая работа обобщает более чем десятилетний научный и практический труд с использованием потенциала ИПЛИТ РАН и научных школ МГТУ им. Н.Э. Баумана, ИЭС им. Е.О. Патона, ВНИИнефтегаз и т.д.

В работе проанализирован обширный опыт научных и практических изысканий отечественных авторов: А.Г. Григорьянца, В.А. Лопоты, Г.А. Абильсиитова, А.Н. Сафонова и зарубежных авторов: Н. Maruo, Y. Arata, I. Miyamoto, О. Khotek. Y. Spalding и др. В данных работах изучение плазменных процессов, сопровождающих лазерную сварку и формирование сварочной каверны, проводилось для условий неполного проплавления металла. Однако не были установлены границы энергетических уровней плазмы, которые могут существовать при выполнении сварки, и не выявлены условия, при которых эффективно ведётся процесс сварки. Формированию структур при лазерной сварке при сквозном проплавлении металла уделено ограниченное внимание, не определён весь спектр его особенностей. Также не установлены в полной мере характерные для структуры связи с технологической прочностью, механическими свойствами сварных соединений при лазерной сварке.

В связи с этим актуальным является изучение следующих проблем:

1. Изучение взаимосвязи лазерного излучения с физическими процессами в сварочной каверне при сквозном проплавлении металла; изучение влияния рода защитного газа (Не, СО2, Аг) при сварке на процессы плазмообразования, глубину проплавления в зависимости от мощности излучения, плотности энергии, скорости сварки и т.д. Изучение путей влияния на энергетические характеристики плазмы каверны.

2. Изучение процессы формирования сварочной ванны при различных условиях: недостаточный тепловой прогрев без образования стабильного сквозного по толщине свариваемого металла парогазового канала; с равновесным парогазовым каналом; с избыточным по теплу парогазовым каналом.

3. Изучение взаимосвязи между энерговкладом в металл с процессами кристаллизации сварного шва и изменениями, происходящими в металле околошовной зоны и зоны термического влияния в сталях аустенитного, ферритного, бейнитного классов, углеродистых сталях, применяемых в трубной промышленности и строительстве трубопроводов, теплообменниках, в прецизионных деталях машин, подверженных эрозионному износу при высоких температурах и в агрессивных средах.

4. Актуальным является также исследование по изучению таких свойств сварных соединений, как: прочность статическая, усталостная, а также свойства пластические при плюсовых и отрицательных температурах, коррозионная и эрозионная стойкость, межкристаллитная коррозия, сероводородное растрескивание с целью подтверждения оптимальных режимов сварки, возможности эксплуатации сварных конструкций, в различных условиях и регионах.

Технологические процессы сварки труб и трубопроводов, деталей машин и условия их эксплуатации потребовали изучения технологической прочности сварных соединений.

Важнейшей задачей в работе явилась разработка технических заданий на проектирование и изготовление, оборудования для сварки труб в заводских условиях и трубопроводов в полевых условиях. С этой же целью проведен комплекс практических исследований по разработке требований к подготовке стыка под сварку, к точности наведения лазерного луча на стык, к влиянию фокусного расстояния на плотность энергии при различных уровнях мощности. Установлена взаимосвязь плотности мощности с процессами, происходящими в образовании плазмы, формировании парогазового канала сварного шва. На основе вышеизложенных исследований были разработаны и изготовлены вспомогательные устройства: системы слежения за свариваемым стыком, за свариваемой поверхностью, системы подачи присадочной проволоки; оптические фокусирующие системы- проходные объективы; металлооптические объективы - параболические и Кассегрены.

Проведенный комплекс теоретических, технологических, экспериментальных, конструкторских работ позволил:- выполнить внедрение лазерных технологий на автомобильных заводах, осуществить модернизацию действующих станов на трубных заводах, организовать разработку лазерных трубосварочных станов на машиностроительном заводе "Электросталь-тяжмаш". Провести цикл работ по НИР и НИОКР по разработке и организации выпуска лазеров мощностью 5,10,15,20 и 30 кВт.

Обосновать использование лазеров большой мощности в технологических процессах сварки металлов, с определением преимуществ лазерной сварки в сопоставлении с дуговыми методами сварки, а также экономической эффективности.

Целью работы является создание научных основ технологии лазерной сварки конструкционных сталей, : а также определение наиболее эффективных направлений применения мощных С02-лазеров.

Выносящаяся на защиту научная новизна заключается в следующем:

1. Лазерная сварка металлов может выполняться на мощности до нескольких десятков киловатт с защитой зоны плавления Не, Аг, СОг без экранирования лазерного излучения посредством выбора оптимального режима - плотности мощности, скорости сварки и расхода защитного газа, что достигается: а) При сварке сталей малых толщин на высоких скоростях (от 4 до 50 м/мин) - понижением температуры плазмы и отставанием её активного фронта от сварочной каверны, что приводит к эффекту "просветления" плазмы для лазерного луча; б) При лазерной сварке сталей больших толщин - образованием в сварочной каверне плазмы низкого давления и эффектом рефракции в плазме лазерного излучения, а также понижением на 1,5 - 2 порядка плотности лазерного излучения вследствие его равномерного распределения по высоте каверны, обязательным подавлением плазмы каверны увеличенным расходом защитного газа или специальной струёй газа, а также обеспечением высокой скорости сварки, приводящей к отставанию плазмы от сварочной каверны.

2. Стабильность процесса сварки обеспечивается равномерным распределением плотности энергии по всей высоте сварочной каверны и удержанием каверны от схлопывания плазменным потоком внутри неё, а также центробежными силами, возникающими вследствие термокапиллярного движения жидкого металла под действием поверхностных электромагнитных сил, вызванных колебаниями температуры сварочной каверны при оттоке перегретой жидкой массы металла по спирали в заднюю часть сварочной ванны.

3. При лазерной сварке сталей наблюдается существенно более высокая сопротивляемость сварных соединений образованию кристаллизационных трещин, в сопоставление с дуговыми способами сварки, что объясняется: а) характером кристаллизации лазерных сварных швов, начинающей поступательно в средней по высоте шва зоне, затем в нижней и, в заключение, в верхней части, что способствует снижению темпа деформации металла в ТИХ; б) высокой степенью дисперсности первичной структуры, её прерывистым характером в сопоставлении с дуговой сваркой; в) значительной разориентировкой схем кристаллизации в различных участках сварного шва, менее выраженной внутрикристаллической неоднородностью; г) снижением содержания вредных примесей в металле шва, прежде всего, серы, ее испарением в процессе лазерной сварки.

4. Высокая сопротивляемость лазерных сварных соединений образованию холодных трещин на легированных сталях объясняется образованием в металле шва измельчённой аустенитной структуры и, как следствие, более измельчённой вторичной структуры с различным соотношением мартенсита и бейнита с очень тонкими (до 1 мкм), часто прерывистыми прожилками феррита.

Практическая ценность работы. 1. Установлены принципиальные возможности лазерной сварки СОг - лазерами с непрерывным излучением с высоким уровнем мощности и определены условия, позволяющие выполнять сварку с защитой сварочной ванны Не, Аг, СО2 без образования плазменного пробоя и экранирования лазерного излучения плазмой.

2. Установлены закономерности образования сварочной каверны и переноса жидкой фазы в сварочной ванне при лазерной сварке. Предложен механизм кристаллизации сварного шва при сквозном проплавлении металла, использование которого обеспечивает высокие показатели технологической прочности и механических свойств сварных соединений. Даны рекомендации по назначению режимов лазерной сварки, обеспечивающих качественное формирование сварного шва как при сварке с присадочной проволокой, так и без нее.

3. Проведённый цикл исследований позволил отработать технологию лазерной сварки нержавеющих и газонефтепроводных труб, синхронизатора шестерни коробки передач в кратчайшие сроки и обеспечить высокие эксплуатационные свойства конструкции. Так как при лазерной сварке сталей прочность сварных соединений равна основному металлу и разрушение, как правило, происходит по основному металлу, что объясняется: а) на сталях, подвергнутых закалке с отпуском, - явлением контактного упрочнения мягкой прослойки в ЗТВ; б) на неупрочнённых сталях лазерных сварных соединений -отсутствием в ЗТВ участка крупного зерна с пониженной твёрдостью, как это наблюдается при дуговых способах сварки, где происходит локализация растягивающих напряжений и разрушения.

При лазерной сварке легированных сталей наблюдаются также высокие показатели пластических свойств сварных соединений - ударной вязкости, угла загиба и уровня вязкости в широком диапазоне температур (+20°С -41°С), что объясняется образованием измельченной вторичной структуры.

Выполнен полный объём работ по проектированию, изготовлению лазерного технологического оборудования и организована система поставки оборудования на предприятия под конкретные технологические задачи.

Разработана технология, оборудование и проведено внедрение лазерной сварки нержавеющих труб, сварки синхронизатора шестерни коробки передач автомобилей ВАЗ и ЗИЛ.

Совместно с трубными заводами разработана технология лазерной сварки газонефтепроводных труб.

Диссертационная работа, её основные разделы и результаты исследований докладывались и обсуждались на международных и региональных конференциях в городах Москве, Екатеринбурге, Челябинске, Таганроге и других, на научных семинарах ИПЛИТ РАН, МГТУ им. Н.Э. Баумана, АО "Газпром", АО "Стройтрансгаз", АО "Трубная металлургическая компания" и др.

ВЫВОДЫ

1. Лазерная сварка металлов может выполняться на мощности до нескольких десятков киловатт с защитой зоны плавления Не, Аг, С02 без экранирования лазерного излучения посредством выбора оптимального режима - плотности мощности, скорости сварки и расхода защитного газа, что достигается: а) При сварке малых толщин на высоких скоростях понижением температуры плазмы и отставанием её активного фронта от сварочной каверны, что приводит к эффекту "просветления" плазмы для лазерного луча; б) При лазерной сварке больших толщин образованием в сварочной каверне плазмы низкого давления и эффектом рефракции в плазме лазерного излучения, а также понижением на 1,5 - 2 порядка плотности лазерного излучения вследствие его равномерного распределения по высоте каверны, а также обязательным подавлением плазмы каверны увеличенным расходом защитного газа, или специальной струёй газа, а также обеспечением высокой скорости сварки, приводящей к отставанию плазмы от сварочной каверны.

2. При лазерной сварке со сквозным проплавлением металла образуется сварочная каверна с постоянным проходом через неё лазерного излучения и газа, понижающего температуру среды в каверне. Это обеспечивает стабилизацию параметров плазмы в каверне, равномерное плавление металла по его толщине на всём протяжении сварки.

3. Стабильность процесса сварки, обеспечивается равномерным распределением плотности энергии по всей высоте сварочной каверны и удержанием каверны от схлопывания плазменным потоком внутри неё, а также центробежными силами, возникающими вследствие термокапиллярного движения жидкого металла под действием тангенциальных сил, вызванных резкими колебаниями температуры на передней стенке сварочной каверны при оттоке перегретой жидкой массы металла по спирали в заднюю часть сварочной ванны.

4. Перенос жидкого металла по направлению сварки и из нижней части в верхнюю часть шва происходит вследствие вращения жидкого металла вокруг сварочной каверны по всей его высоте и изменения вектора направленности от низа к верху и, наоборот, под действием автоколебательных процессов, возникающих между лазерным лучом-плазмой-жидким металлом.

5. При лазерной сварке сталей наблюдается существенно более высокая сопротивляемость сварных соединений образованию кристаллизационных трещин, в сопоставление с дуговыми способами сварки, что объясняется: а) характером кристаллизации лазерных сварных швов, начинающейся поступательно из средней по высоте шва зоны, затем в нижней и в заключении в верхней части, что способствует снижению темпа деформации металла в ТИХ; б) высокой степенью дисперсности первичной структуры, её прерывистым характером в сопоставлении с дуговой сваркой; в) значительной разориентировкой схем кристаллизации в различных участках сварного шва, менее выраженной внутрикристаллической неоднородностью; г) снижением содержания вредных примесей в металле шва, прежде всего, серы, её испарения в процессе лазерной сварки.

6. Высокая сопротивляемость лазерных сварных соединений образованию холодных трещин на легированных сталях объясняется образованием в металле шва измельчённой аустенитной структуры и, как следствие, более измельчённой вторичной структуры - с различным соотношением мартенсита и бейнита с очень тонкими (до 1 мкм), часто прерывистыми прожилками феррита.

7. При лазерной сварке сталей прочность сварных соединений равна основному металлу и разрушение, как правило, происходит по основному металлу, что объясняется: а) на сталях подвергнутых закалке с отпуском явлением контактного упрочнения мягкой прослойки в ЗТВ; б) на не упрочнённых сталях лазерных сварных соединений отсутствием в ЗТВ участка крупного зерна с пониженной твёрдостью, как это наблюдается при дуговых способах сварки, где происходит локализация растягивающих напряжении и разрушения.

8. При лазерной сварке легированных сталей наблюдается высокие показатели пластических свойств сварных соединений: - ударной вязкости, угла загиба и уровня вязкости в широком диапазоне температур(+20°С *-41°С), что объясняется образованием измельченной вторичной структурой.

9. Сварные соединения, полученные при лазерной сварке, не обладают склонностью к межкристаллитной коррозии. Скорость равномерной коррозии в них выше, чем у исходной Стали 08X18Н10Т.

10. В сварных соединениях, полученных лазерной сваркой, не наблюдается коррозионное растрескивание при воздействии на них в течение 120 часов 66% раствора хлористого цинка.

11. Сварные соединения стали 17Г2СУ, полученные лазерной сваркой мощностью 10 кВт со скоростью 1 м/мин, не склонны к межкристаллитной коррозии в растворе сероводорода с концентрацией 3,4 г/л, независимо от того, использовалась защита шва или нет.

12. Сварные соединения стали 17ГСУ, выполненные лазерной сваркой с последующей термообработкой, обладают более высокой стойкостью против сероводородного растрескивания под напряжением, чем основной металл.

1. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н. Лазерная сварка металлов. - М.: Высшаяшкола, 1988. 206 с.

2. Аморфные металлические сплавы. Под ред. Ф.Е. Лыборского. М.: 1987. —180 с.

3. Райзер Ю.П. Лазерная искра и распространение разряда. М.: 1974. - 127 с.

4. Исследование разрушения металлов излучением импульсного С02-лазера

5. A.A. Веденов, Г.Г. Гладуш, C.B. Дробязко и др. //Квантовая электроника. 1983. - Т.8, №10. - С. 2154-2159.

6. Прохоров A.M., Конов В.И. Взаимодействие лазерного излучения с металлами. М.: 1988. -130 с.

7. Воздействие лазерного излучения на материалы / Р.В. Арутюнян, В.Ю.

8. Баранов, Л.А. Большое и др. М., 1989. - 97 с.

9. Даныциков Е.В., Лебедев Ф.В., Рязанов A.B. Прохождение лазерногоизлучения сквозь плазму оптического разряда // Квантовая электроника. -1985. Т. 12, № 9. - С. 1846-1852.

10. Физические ограничения предельных параметров непрерывной и импульснопериодической лазерной сварки. / С.Г. Горный, В.А. Лопота, И.В. Матюшин и др. // Квантовая электроника. 1989. - Т16, №8. - С. 1643-1646.

11. Хора X. Физика лазерной плазмы. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 272 с.

12. Веденов A.A., Гладуш Г.Г. Физические процессы при лазерной обработкематериалов. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 208 с.

13. Афанасьев Ю.В., Басов Н.Г., Крохин О.Н. Взаимодействие мощного лазерного излучения с плазмой. М.: ВИНИТИ, 1978. - 298с.

14. Исследование динамики плазмы низкопорогового оптического пробоя излучением непрерывного и импульснопереодического СОг лазера в различных газах /Р.В. Арутюнян, В.Ю. Баранов, JI.A. Большое и др. -Москва, 1987. - 57 с. (Препринт ИАЭ-4412/12).

15. Dellerba М., Sforsa P., Chita G., Martano М. Conf. Laser System Application in1.dustry. Torino, 1990. P. 179-190.

16. Bashenko V.V., Gorny S.G., Lopota V.A. Physical and technology mechanismof laser welding // Proc. LAMP 87, 1987. P. 123-134.

17. Гинзбург В.JI. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Наука, 1967. - 684 с.

18. Клинков В.Н., Назаркин А.В., Рогов B.C. О квантовой природе сниженияпорога пробоя газов лазерным УФ излучением // Письма в ЖТФ. 1987. -Т. 13, вып. 19. -С. 1186-1190.

19. Технологические лазеры. Справочник /Под ред. Г.А. Абельсиитова. М., 1991.-Т.1,-С. 159-165.

20. Исследование низкопорогового пробоя газов вблизи твёрдых мишеней излучением С02-лазера /А.И. Барчуков, Ф.В. Бункин, В.И. Конов и др. // ЖЭТФ. 1974. - Т.66, вып. 3. - С. 965-982.

21. Fouler М.С., Smith D.S. Ignittion and maintenance of subsonic plasma waves inatmospheric pressure air by CW C02-laser and their effect on laser beam propagation // J. Appl. Phys. 1975. - V.46, N1. - P. 138-150.

22. Непрерывный и импульсно-периодический режимы сварки электроионизационными С02-лазерами /Н.Г. Басов, В.В. Башенко, Е.П. Глотов и др. // Изв. АН СССР, сер. Физ. 1984. - Т.48, № 12. -С.2310-2314.

23. Амиров А.Х., Коршунов О.В., Чиннов В.Ф. Спектры излучения и кинетика, слабоионизованных инертных газов. М.: - 1991. — №1. -319с. (Препринт ИВТАН).

24. Словецкий Д.И. Механизмы химических реакций в неравновесной плазме.-М., 1980.- 143 с.

25. Фишер В.И. О световой детонации в газах // ЖТФ. 1983. - Т.53, вып. 11.-С.2148-2157.

26. Гримм Г. Спектроскопия плазмы. М., 1969. - 74 с.

27. Брунов В.В., Горбунов А.А, Конов В.И. Исследование начальной стадии оптического пробоя вблизи твёрдой поверхности спектральными методами // ЖПС. 1985. - Т.44, №5. - С. 845-848.

28. Ионизационная неравновесность, в осесимметричных, дуговых плазменных шнурах / Е.Ф. Андреев, Д.А. Гранькова, Е.А. Ершов-Павлов и др. // Вопросы физики низкотемпературной плазмы. — Минск, 1970. -С.134-136.

29. Конов В.И. Пробой воздуха вблизи твёрдой мишени излучением С02-лазера // Изв. АН СССР, сер. Физ. 1982. - Т.46, №6. - С. 1044^1051.

30. Wesselink G.D. de Мооу and MJC van Gemert. J. Phys.D: Appl. Phys. 1973.1. V.6. P.27-30.

31. Wiese W.I., Martin G.A. Wavelengths and transition probabilities for atoms andatomic ions. Wachington, 1980. - P. 18-32.

32. Мажукин В.И., Углов A.A., Четвертушкин Б.Н. Низкотемпетаруная лазерная плазма вблизи металлических поверхностей в газах высокого давления // Квантовая электроника. 1983. - Т. 10, №4. - С.679-701.

33. Влияние длины волны лазерного излучения на порог плазмообразования при облучении непроразачных материалов / Е.А. Берченко, А.В. Кошкин, А.П. Соболев и др. // Квантовая электроника. 1981. - Т.8, №7. - С. 15821584.

34. Шамбетов З.С. Характеристики дуги в аргоне с примесью меди // |Х Всесоюзная конференция по генераторам низкотемпературной плазмы.: Тез. докл. Фрунзе, 1982. - С.26-27.

35. Cauble R., Rozmus W. The inverse bremsstrahhmg absorption coefficient in collisipnal plasmas // Phys. Fluids. 1985. - V.38, №3. - P.3387-3392.

36. Виленская Г.Г., Немчинов И.В. Явление вспышки поглощения излучения

37. ОКГ и связанные с ним газодинамические эффекты // Докл. АН СССР.1969. T. 186, №5. - С. 1048-1051.

38. Агеев В.П., Горбунов В.А., Данилов В.П. Пороговые условия плазмообразования при воздействии на твёрдые мишени импульсного УФ-излучения // Квантовая электроника. 1983. - Т. 10, №12. - С.2451-2456.

39. Калиткин H.H., Кузмина JI.B., Рогов B.C. Таблицы термодинамических функций и транспортных коэффициентов плазмы. М., 1972. - 34 с. (Препринт ИПМ АН СССР).

40. Углов A.A., Селищев C.B. Автоколебательные процессы при воздействииконцентрированных потоков. М., 1987. - 67 с.

41. Найт Ч.Дж. Ракетная техника и космонавтика. 1979. - Т. 17, №5. -С.81-86.

42. Романов Г.С., Станкевич Ю.А. Развитие световой детонации в факеле, возникающем при действии лазерного излучения на поглощающую преграду // Динамика сплошной среды, вып. 29. Новосибирск: - Наука, 1977.-С. 102-109.

43. Nielsen P.E. Hydrodynamic calculations of surface response in the presence oflaser-supported detonation waves // J. Appl. Phys. 1975. - V. 46, №10, -P.4501-4505.

44. Динамика детонационной волны в сфокусированном лазерном луче / Р.В.

45. Арутюнян, JI.A. Болыпов, В.М. Головизнин и др. М.: - 1987. - 17с. (Препринт ИАЭ - 4454/7. ЦНИИатоминформ).

46. Берченко Е.А., Кошкин A.B., Соболев A.B. Влияние длины волны лазерного излучения на порог плазмообразования при облучении непрозрачных материалов // Квантовая электроника. 1981. - Т.8, № 7. -С.1582-1534.

47. Elchinger M.F., Pateyron В., Delluc G. Collogue de physigue. Collogue C5.1990.-T. 51, № 12.-P.1459-1561.

48. Арутюнян P.B., Болыпов JI.A., Головизнин В.М. Влияние пространственной структуры излучения на динамику детонационнойволны в сфокусированном лазерном луче //ЖТФ. 1987. - Т.57, №7. -С. 1479-1481.

49. Миркин Л.И. Физические основы обработки материалов лучами лазера.1. М, 1975. -97 с.

50. Hongping Gu and Duley W.W. Resonant acoustic emission during laser weldingof metals //J.Phys. D.Appel. Phys.29. 1996. - P.550-555.

51. Рыкалин Н.Н.,Улов А.А., КокораА.Н. Лазерная обработка материалов. -М.: Машиностроение, 1975. 296 с.

52. Fowler М.С., Smith D.G. Idnition and maintenace of cubsonic plasmo waves inatmosperic perssure air by CW laser radiation and their affect on laser beam propagation. //Iournal Appl Physics. 1975. - V. 1, - №46. - P. 1388.

53. Лопота В.А. Исследование сварочных характеристик мощного лазерного луча: Дисс. канд. техн. наук. Ленинград, 1981. - 262 е.,

54. Григорьянц А.Г., Морящев С.Ф., Фром В.А. Влияние газового состава атмосферы на эффективность проплавления при сварке лучом С02 -лазера // Известия вузов. 1980. - №5. - с.109-112.

55. Beck М., Berger P. and Hugel Н. The effect of plasma formation on beam focusing in deep penetration welding with CO2 lasers // J. Phys. D. Appl. Phys. 28. — 1995. p.2430-2442.

56. Васильцов B.B., Забелин A.M., Лебедев Ф.В. Приповерхностная плазма влуче непрерывного С02-лазера // Квантовая электроника. 1985. - Т. 12, №7.-С. 1527.

57. Морущенко В.В. Исследование динамики плазменных процессов с цельюповышения эффективности проплавления при лазерной сварке в защитных газах: Канд. дис. тех. наук. 1984. - С. 115.

58. Лопота В.А. Исследование сварочных характеристик мощного лазерного луча: Дисс. докт. техн. Наук. Ленинград, 1989.- 262 с.

59. Взаимодействие мощного импульсного лазерного излучения с твёрдыми телами в газах /А.И. Агеев, С.Г. Бурдин, И.Н. Гончаров и др. М.: ВИНИТИ, 1983.-219 с.

60. Беленький А.Н., Зуев Г.М., Косырев Ф.К. Сварка лазерным лучом с кинжальным проплавлением // Сварочное производство. — 1977. -№11.— С.23-24.

61. Motoi Kido, Hiroyuki Yamamoto Development of 45-kW Laser Welding System for Continuous Finish Rolling Nippon Steel Technical Report. 2004. - No. 89. January. - P. 91-95.

62. Скрипченко А.И. Разработка принципов и средств реализации технологического процесса сварки лазерным лучом мощностью более 5 кВт: Автореферат дисс. канд. техн. наук. Ленинград, 1984. - 25 с.

63. Kage A.S., Delph A.G., Haley Е., Nicholson C.I. Improved welding penetrationof 10-kW industrial laser // AppLPhyss. Lett. 1983. - V. 45, № 5. -p.412-419.

64. Васильцов В.В., Забелин A.M., Лебедев Ф.В. Приповерхностная плазма в луче непрерывного СС^-лазера // Квантовая электроника. 1985. - Т. 12, №7.-С. 1527.

65. Агеев А.И., Бурдин С.Г., Гончаров И.Н. Взаимодействие мощного импульсного лазерного излучения с твёрдыми телами в газах. М.: ВИНИТИ, 1983.-С.219.

66. Грезев А.Н., Морозенков A.A. Эффективность лазерной сварки в защитных газах при высокой плотности мощности излучения // Сварочное производство. 1997. - С. 2-4.

67. Басов Н.Г., Данилович В.А. Мощные лазеры в технологии // Наука и человечество. М.: Знание, 1985. - С. 261-278.

68. Mallory Louise С. Deep penetration laser welding // Can. Mach Metalwork.1988. V.83, №12.-P.14-15.

69. Борн M., Вольф Э. Основы оптики. M.: Наука, 1970. - 855 с.

70. Райзер Ю.П. Лазерная искра и распространение разрядов. М.: Наука, 1974.-308 с.

71. Лосева Т.В., Немчинов Л.И. Дозвуковые радиационные волны. Сравнениетеории и эксперимента // Квантовая электроника. 1982. - Т.9, №7. - С.1373-1378.

72. Райзер Ю.П. Оптические разряды // УФН. 1980. - Т. 132, вып. 3. -С. 549-581.

73. Бакеев А.А., Николашииа Л.И., Прокопенко Н.В. Распространение лазерных волн поглощения под действием излучения с длинной волны 10,6 мкм // Квантовая электроника. 1980. - Т. 7, №6. - С.1236-1240.

74. Буфетов И.А., Прохоров A.M., Фёдоров В.Б. Оптический разряд при ограничении бокового разлёта газа и снижение порога световой детонации // Письма в ЖЭТФ. 1984. - Т.39, вып.5. - С. 216-219.

75. Анисимов В.Н., Арутюнян Р.В., Болыпов Л.А. Лазерные волны поглощения в металлических капиллярах // Квантовая электроника. -1987. Т. 14, №7. - С. 1485-1494.

76. Offenberger A.A., Kerr K.D. Transiet plasma diagnostics using simultaneous C02-laser interferometry and absorption // J. Apll. Phys. 1972. - V. 43, №2. - P. 354-3 5 6.

77. Fouler M.C., Smith D.S. Ignition and maintenance of subsonic plasma waves inatmospheric pressure air by CW C02-laser and their effect jn laser beam propagation // J. Appl. Phys. 1975. - V. 46, №1. - P. 138-150.

78. Гончаренко А.Ф., Немчинов И.В. Хазина В.М. Расчёт движения газа за фронтом световой детонации с учётом бокового расширения плазменного столба // ПМТФ. 1976. - №3. - С. 18-27.

79. Анисимов В.Н., Арутюнян Р.В., Болыпов Л.А. Нестационарное поглощение и рефракция лазерного излучения в плазме низкопорогового оптического пробоя. М.: ЦНИИатоминформ, 1988. - 11 с.( Препринт ИАЭ-4586/7).

80. Хора X. Физика лазерной плазмы. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 272 с.

81. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1970. - 856 с.

82. Глова А.Ф., Лебедев Ф.В., Ярцув В.П. О рефракции лазерного излученияна плазме оптического разряда // Квантовая электроника. 1985. - Т. 12, №12.-0.2491-2472.

83. Бакеев A.A., Николашина Л.И., Прокопенко H.B Поглощение излучения неодимового лазера в плазменном факеле при сверлении глубоких отверстий // ФиХОМ, 1985. №6. - С. 17-22.

84. Самарский A.A. Теория разностных схем. М.: Наука, 1977. - с.73.

85. Бреев В.В. Анализ процессов и методика численного исследования нестационарных течений газа в импульсном газоразрядном лазере. М.: - 1980. - С. 26-34. (Препринт ИАЭ-3343/16).

86. Бреев В.В., Ефремов Н.М., Родионов Н.Б. Дозвуковые неустановившиеся течения газовых потоков в каналах с внутренними полостями // ЖЭТФ, 119.-2001.-№6.-С. 1143-1156!

87. Батанов В.А., Фёдоров В.Б. Вымывание жидкой фазы новый механизм формирования кратера при плоском развитом испарении металлической мишени лазерным лучом // Письма в ЖЭТФ. 1973 — Т. 17, вып. 7. -С.348-351.

88. Chan G., Marumder Y.,Chen M.M. A two-dimansional transient model for convection in laser meted pool // Met. Trans. 1985. - A15, №7. - P. 2175-2184.

89. Лапота B.A., Горный С.Г., Иванов И.Н. Эффективность обработки металлов при различных условиях взаимодействия излучения С02 -лазера с поверхностью // Поверхность. 1983. - №11. - С.123-130.

90. Веденов A.A., Гладуш Г.Г. Влияние гидродинамики расплава на эффективность обработки материалов импульсным лазерным излучением // Фи ХОМ. Т.42, №3. - 1984. - С.498-517.

91. Palmer H.J. The hydrodynamic stability of rapidly evaporating liguids at reduced pressure // J. Fluid Mech. 1976. - V.75, Part 3. - P. 487-511.

92. Schuoker D. Pysical mechanism and modeling of deep-penetration laser welding. Industr // Laser Handbook. 1993. - Springer-Verlag. - P.67-73.

93. Анисимов B.H., Баранов В.Ю. О развитии периодических структур на поверхности металлов и полупроводников под действием излучения импульсного С02-лазера// Поверхность. 1983. - №7. - С. 138-144.

94. Емельянов В.И., Земсков Е.М., Семиногов В.Н. Теория образования поверхностных решёток при действии лазерного излучения на поверхность металлов, полупроводников и диэлектриков // Квантовая электроника. 1983. - Т. 10, №2. - С.2389-2398.

95. Прохоров A.M., Свахин A.C. Возбуждение и резонансные преобразованияповерхностных электромагнитных волн при облучении твёрдого тела мощным лазерным излучением // Квантовая электроника. 1983. - Т. 10, №6.-С. 906-911.

96. Ахманов С.А., Емельянов В.И. Воздействие мощного лазерного излученияна поверхность полупроводников И металлов: нелинейно-оптические эффекты и нелинейно-оптическая диагностика // УФН. — 1985. Т. 147, №4. - С.675—745.

97. Рысев Б.П. Резонансное возбуждение поверхностных волн в твёрдом теледвижущимся источником: Автореферат дис. канд. физ.-мат. наук. М.: МФТИ.- 1986.- 18 с.

98. Кондратенко П.С., Орлов Ю.Н. Образование поверхностных структур за пятном лазерного излучения, действующего на поверхность конденсированной среды // ЖТФ. v 1988. Т.58, №6. - С.985-987.

99. Гершунин Г.З. Гидродинамика и процессы тепломассообмена. -Свердловск, 1989. 116 с.

100. Каюков С.В. Физика обработки металлов импульсным лазерным излучением миллисекундного диапазона длительности: Дис. док. физ.-мат. наук. Самара, 1996. -225 с.

101. Matsunawa, A., Kim, Y., Katayama S. Porosity Formation in Laser Welding

102. Mechanisms and Suppression Methods //Proc. ICALEO-1997. Section G. P. 73-92.

103. Matsunawa, N. Seto, J.D. Kim Dynamics of Keyhole and Molten Pool in High

104. Power C02 Laser Welding //Proc. SPIE, 1999. - V. 3888. - P. 34-45.

105. Фёдоров В.Г., Волобуев Ю.В., Шанчуров B.M. Вопросы свариваемости при лазерной сварке высокопрочных сталей. Труды МВТУ им. Н.Э.

106. Баумана, 1984. № 405. - С. 73-82.

107. Воздействие лазерного излучения на материалы /Р.В. Арутюнян, В.Ю. Баранов, JI.A. Большое и др. М.: Наука, 1989. - 366 с.

108. Прохоров Н.Никол. Технологическая прочность сварных швов в процессе кристаллизации. М.: Металлургия, 1979. - 248 с.

109. Величко О.А., Авраменко П.Ф., Шовкопляс В.М. Особенности формирования шва при непрерывной сварке лазером //Автоматическая сварка. 1980. - №4. - С. 61-63.

110. Грезев А.Н., Лукьяненко В.Л.,. Забелин A.M. Свойства соединений стали 08Х18Н10Т, выполненных лазерной сваркой // Автоматическая сврка.1989. №12. — С.63-64.

111. Лурье Э.С., Шмелёва И.А., Смирнов B.C. Свойства сварных соединений высокопрочных сталей, полученных лучом непрерывного С02 лазера //Сварочное производство. - 1986. - № 9. - С. 17-18.

112. Yapp D., Denney P., Eastman I., Johnson M. Nd: YAG Laser Welding of High Strength Pipeline Steels // JJW Doc. XII 1648 - 00. - P. 242-252.

113. Jessik M., Senmatz D. Laser processing at Ford // Metal Progr. 1975. - 107, №5.-P. 61-66.

114. Page M., Jocke E. Laser welding Avco // Corp. 1975. - P.21-24. 110 Houldcroft P.T. Laser and electron beam welding for engineering components // Metall Constr. - 1975. -V.7, № 10. - P. 498-502.

115. Панчев В.А., Плёкин В.А., Генинг П.Е. Промышленное применение лазеров в трубосварочном производстве //Сварочное производство.1990.-№12.-С. 2-3.

116. Metzbower Е.А. Laser Beam Welding: Thermal Profiles and HAZ Hardness // Welding Journal. 1990. - 69, № 7. г P. 272-278.

117. Шоршоров M.X., Ерохин Т.А. Горячие трещины при сварке жаропрочных сплавов. М.: Машиностроение, 1972. - .225 с.

118. Прохоров Н.Н. Технологическая прочность металлов при сварке. М.: НТО Машпром, 1960. - 50 с.

119. Якушин Б.Ф. Технологическая прочность в процессе кристаллизации (горячие трещины). Справочник по сварке.-Т.З / Под ред. В.А. Винокурова М.: Машиностроение, 1970. — 190 с.

120. Походня И.К. Горячие трещины в сварных соединениях, слитках, отливках. М.: Изд-во АН СССР, 1959. - С.68-69.

121. Якушин Б.Ф., Мисюров А.И., Фирсова Р.И. Закономерности развития высокотемпературных деформаций в процессе сварки /Труды МВТУ № 248. Прогрессивная технология конструкционных материалов. 1977. С. 4-18.

122. Эйделынтеин В.Е., Якушин Б.Ф., Столбов В.И. Высокотемпературная деформация и образование околошовных трещин при сварке сплава типа нимоник // Автоматическая сварка. 1976. - № 11.- С.40 - 44.

123. Якушин Б.Ф., Чернавский Д.М. Влияние режимов сварки на высокотемпературные деформации металла шва // Сварочное производство. 1975. - № 6. - С. 9-11.

124. Якушин Б.Ф., Тихонов В.П., Ивочкин И.И. Технологическая прочность соединения, полученного при сварке под флюсом, с порошкообразным присадочным материалом стали 16Г2АФ больших толщин // Сварочное производство. 1975. - № 76. - С.9—11.

125. Jessik Michael, Senmatz Duane. Laser processing at Ford // Metal Progr. -1975. № 5. - P.61-66.

126. Laser welding comes back to life // Iron Age. 1972. - 210. - № 15. - C. 55.

127. Cloop I., Metzbower E. Ametallurgicel characterization of HJ 130 steel welds // Weld J. - 1978. -57. - № 11. - S. 345-353.

128. Breinan E., Bañas C. High power laser welding Ind lut Sump Lap // Weld. Soc. -Osaka, 1975.-I. Dap. № 1-2 (1) 37. - S.l.

129. Николаев Г.А., Ольшанский H.A. Специальные методы сварки. М.: Машиностроение, 1975.-С. 138-142.

130. Макаров Э.Л., Якушин Б.Ф. Технологическая прочность металлов при сварке. Справочник. Т.З /Под ред. В.А. Винокурова. М.:

131. Машиностроение, 1979. С. 393-435.

132. Прохоров H.H., Орлов A.C. Исследование свойств и применимость проб для оценки технологической прочности металлов в процессе кристаллизации при сварке // Сварочное производство. 1970. - № 12. —1. С. 39-42.

133. Якушин Б.Ф. О достоверности критериев и способов оценки технологической прочности металлов в процессе кристаллизации при сварке // Сварочное производство. 1971. - № 6. - С. 11-14.

134. Terry С. A. Inert-Gas tungsten Arc Welding. SAE. 4130. Steel Sheet - 3, The Effectsof welding speed on Cracking // Welding and Metal Fabrication. -january. -1958. - S. 24-31.

135. Григорьянц А.Г., Грезев A.H., Фёдоров В.Г. Сравнение техноло-гической прочности соединений, выполненных лучевыми и дуговыми способами сварки // Автоматическая сварка. 1980. - № 10. - С. 11-14.

136. Якушин Б.Ф., Грезев А.Н. Малогабаритное устройство для оценки технологической прочности сварных соединений //Автоматическая сварка. 1980. - № 10. - С. 19-21.

137. Грезев А.Н., Басков А.Ф., Лукьяненко В. Л. Сопротивляемость образованию горячих трещин в швах аустенитных сталей при лазерной сварке на больших скоростях // Сварочное производство. 1996. - № 8. -С. 15-17.

138. Якушин Б.Ф., Тихонов В.П. Получение швов с переменным фазовым составом по сечению // Сварочное производство. 1978. - № 5. - С. 3-6.

139. Якушин Б.Ф., Тихонов В.П., Ивочкин И.И. Технологическая прочность соединения, полученного при сварке под флюсом, с порошкообразным присадочным металлом стали 16Г2АФ больших толщин // Сварочное производство. 1977. - № 10. - С. 4-7.

140. Зильберман Б.И., Хромченко ФА. Разработка технологии сварки сжатой дугой с оценкой работоспособности сварных соединений из аустенитных сталей /Пути повышения качества и долговечности и надёжностисварных и паяных изделий. М.: МДНТП, 1980. - С. 18-24.

141. Прохоров H.H. Технологическая прочность металлов при сварке. М.: НТО Машпром, 1960. - 50 с.

142. Багрянский К.Б., Добротина З.А., Хренов К.К. Теория сварочных процессов. Киев, Вища школа, 1976. - С. 262-263.

143. Прохоров H.H., Якушин Б.Ф. Розенкранц Т.М. Установка для определения механических свойств в зависимости от температуры ЛТПЗ-5. Сварка-Л.: Судостроение, 1964. С.46-51.

144. Рыбаков A.A., Мандельберг С.Л. Влияние режимов дуговой сварки на образование кристаллизационных трещин в швах на низколегированной трубной стали // Автоматическая сварка. 1980. - № 3 - С. 12-15.

145. Binroth С., Waise S., Sepold G. A Comparative Investigation of Laser Beamthand GMA Weldments of a Pipeline Steel. In: 5 International Conference on Welding and Melting by Electron and Laser Beams //LaBaule. -France. -1993.-P. 307-314.

146. Лившиц Л.С. Металловедение для сварщиков.-М. : Машиностроение,1979.-95 с.

147. Биргер И.А., Мавлютов P.P. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1986.-560 с.

148. Duhamel R.F. Laser Welding of Х-65 Oil and Gas Transmission Pipe. In: The Chenging Frontiers of Laser Materials Processing // 1С ALEO 86. Arlington. VA. USA. Nov. 1986. - IES 1987. - P.l61-168.

149. Курдюмов Г.В. Превращения в железе и стали. М.: Наука, 1977. - 236 с.

150. Винокуров В.А. Сварочные деформации и напряжения. -М.Машиностроение, 1968. С.45-52.

151. Макаров Э.Л. Природа разрушений при образовании холодных трещин в высокопрочных закаливающихся сталях при сварке //Труды МВТУ. -1977. № 248 - Прогрессивная технология конструкционных материалов. -С. 85- 105.

152. Прохоров H.H.,Макаров Э. Л. Методика оценки сопротивляемости сталейобразованию холодных трещин при сварке // Сварочное производство. -1958.-№9.-С. 15-18.

153. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением /Под ред. Б.Е. Патона. — М.: Машиностроение, 1974. — 447 с.

154. Itoj, Bessya К. Aprediction of welding procedure to ovoid head effected zone cracking //D oi J.J.W. IX - 631 - 69. - P. 27 - 30.

155. Макаров Э.Л., Фёдоров В.Г. Установка ЛТП2-5 для исследований сопротивляемости сварных соединений тонколистовых сталей образованию холодных трещин // Сварочное производство. 1971. - № 12.-С. 49.

156. Теоретические основы сварки /Под ред. В.В. Фролова.- М.: Высшая школа, 1970. С. 521 - 528.

157. Панченко Е.В. Лаборатория металлографии. М.: Металлургия, 1965. -С.284.

158. Сравнение технологической прочности соединений, выполненных лучевыми и дуговыми способами сварки /А.Г. Григорьянц, А.Н. Грезев, В.Г. Фёдоров и др. //Автоматическая сварка. 1980. - №10. - С. 11-14.

159. Грезев А.Н., Григорьянц А.Г., Фёдоров В.Г. Технологическая прочность и выносливость при лазерной сварке конструкционных сталей // Повышение качества и эффективности сварочного производства на предприятиях г. Москвы. 1980. - С. 29 - 31.

160. Ершова Л.С. О механизме перекристаллизации при лазерной обработке. -МИИТОМ, 1979.-№3.-С. 17-19.

161. Щербинский Г.В. Перспективы развития работ по высокопрочнымматериалам // Проблемы металловедения и физики металлов. Сб. М.: Металлургия, 1977. - № 4. - С. 4 - 22.

162. Лебедев В.К., Величко O.A. Сварка сталей и титановых сплавов на мощных С02-лазерах //Автоматическая сварка. 1979. - № 4. - С. 30-34.

163. Морозов В.П., Мисюров А.И., Григорьянц А.Г. Анализ условий образования трещин при лазерной наплавке порошков системы Ni-Cr-B-Si // Сварочное производство. 1987. - №5. - С.32 - 34.

164. Прохоров H.H., Орлов A.C., Прохоров H.H. Исследование свойств и применимость проб для оценки технологической прочности металлов в процессе кристаллизации при сварке // Сварочное производство. 1970. -№19.-С.41 -44.

165. Чернышова Т.А. Границы зёрен в металлах сварных соединений. М.: Наука, 1986. 125 с.

166. Duvall D.S. Owozarski W.A. Further heatresistant nickel alloys//Welding Journal. 1967. - V.46, №9. - P.423 - 432.

167. Косырев Ф.К., Косырева Н.П., Лунёв Е.И. Экспериментальная лазерная установка ЛТ-1 // Автоматическая сварка. 1976. - № 9. - С. 72.

168. Косырев Ф.К. Промышленная лазерная установка ЛТ1-2 мощностью 5 кВт // Автоматическая сварка. 1978. - — № 10. - С. 51 - 52.

169. Абильсиитов Г.А., Велихов Е.П., Голубев B.C. Мощные газоразрядные лазеры и их применение в технологии. М.: Наука, 1984. - С. 106.

170. Дьюли Д. Лазерная технология и анализ материалов. — М.: Мир, 1986. -501с.

171. Sloop I., Metzbower E.A. (Nanal Resedrch Lab., Washington D.С.) Interim rept, 30th Lept. -1977. -56p. GRA. -V. 78, № 5. Mar. 3. - 1978. - Order № AD-A047. 41819 GÁ, NTIS, PSA04, 87.

172. Лукьянов В.Ф. Прочность и пластичность сварных соединений высокопрочных сталей // Сварочное производство.-1972.--№ 4.-С. 33-35.

173. Бродский А .Я. Прочность сварных соединений элементов строительных конструкций // Труды ЦНИИ им. Кучеренко, вып. 40. М.: 1975. - 143 с.

174. Государственные стандарты СССР. Сварка металлов, часть 2. М.: Издательство стандартов, 1975. - 375 с.

175. Яворский Б.М., Дятлов A.A. Справочник по физики. М.: Наука, 1968.-60 с.

176. Труфяков В.И. Усталость сварных соединений. Киев: Наукова думка, 1973.-216 с.

177. Школьник Л.М. Методика усталостных испытаний. Справочник. М.: Металлургия, 1978. - С. 26-33.

178. Сварка в машиностроении. Справочник Т.2 /Под ред. А.И. Акулова М.: Машиностроение, 1978. - 462 с.

179. Бакши O.A., Шрон Р.З. Прочность при статическом растяжении сварных соединений с мягкой прослойкой // Сварочное производство. 1962.5.-С. 6-10.

180. Бакши O.A. О напряжённом состоянии мягких прослоек в сварных соединениях при растяжении (сжатии) // Вопросы сварочного производства (Труды ЧПИ). вып'. 33. - Челябинск, 1965. - С. 5-26.

181. Шахматов М.В. Прочность сварных соединений с однородной мягкой прослойкой с учётом деформирования приконтактных участков твёрдого металла //Вопросы сварочного производства. Труды ЧПИ. № 203. -Челябинск, 1978. - С. 3-8.

182. Бакши O.A., Шрон Р.З. О хрупких разрушениях сварных соединений // Автоматическая сварка. 1966. - № 2. - С. 20-24.

183. Бакши O.A., Шрон Р.З. О расчётной оценке прочности сварных соединений с мягкой прослойкой // Сварочное производство. 1971.1. J6 3.-C.3-5.

184. Лурье Э. С., Шмелёва И. А., Смирнова В. С. Свойства сварных соединений высокопрочных сталей, полученных лучом непрерывного СОг-лазера // Сварочное производство. 1986. - № 9. - С.17-18.

185. Головкин Р.В., Кричевский Е.М. Производство прямошовных труб на непрерывных трубоэлектросварных станах —М.: Машиностроение, 1969. -283 с.

186. Moriaki Ono, Yukio Shimbo, Masanori Ohmura et al. Development of High Power Laser Pipe Welding Process //NKK Technical Review. 1997. - № 77. -P. 48-55.

187. Panten M., Schneegans J., Hendricks M., Huwer A., Jacobskoter L. Laser bean welding with filler wire //JJW Doc. iy 545 90. РЛ 6.

188. Шмелёва И.А., Гантман С.Г., Павлович A.A. Свойства сварных соединений, выполненных лазерным лучом большой мощности // Сварочное производство. 1979. - № 11. - С. 13 - 14.

189. Стаканов В.И., Костылев В.И., Рыбин Ю.И. О расчёте коэффициента концентрации напряжений в стыковых сварных соединениях. // Автоматическая сварка.-1987. № 11. - С. 19-23.

190. Dr.-Ing. Jacobskotter, Aachen. Laserstrhlschweiben thermomechanisch ge walzer Grobbleche-vergleich und Kombination min Konventionellen schweibuerfahren //Schweissen und Schneiden. 1996. - № 7. - S. 62 - 64, 66.

191. Norris I. M. High power laser welding of structural steels-current status. Int. Conf. Ton. and Cutt., Harrogate, 30 Oct. -2 Vov., 1989.: Prepr. Cambridge, 1989.-P. 55/23.

192. Dilthey Ulrich, Hendricks Manfred, Huwer Andreas, Jacobskorter Lothar, Schneegans Jochen. Laserstrahlschweisen von dicken Blechen Mechanischtechnologische Eigenschaften der Schweisverbindungen. Blech Rohre Profile. - 1991. - № 6. - S. 521 - 527.

193. Кирьян B.M., Семёнов C.E. Оценка соответствия целевому назначению сварных соединений магистральных трубопроводов из микролегированных сталей // Автоматическая сварка. 1995. - № 3. - С.4-9.

194. Кирьян В.М., Миходуй Л.И. Вязкость разрушения легированных бейнито-мартенситных сталей и их сварных соединений // Автоматическая сварка. 1993. - № 12. - С.3-7.

195. Стеклов О.И. Прочность сварных конструкций в агрессивных средах. -М. : Машиностроение, 1976. 209 с.

196. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. М.: Металлургия, 1976.-472 с.

197. Юрченко Ю.Ф., Агапов Г.И. Коррозия сварных соединений в окисленных средах. М.: Машиностроение, 1976. - 150 с.

198. Челышев В.В., Бурняшев И.И., Кириченко В.В. Оценка коррозионной стойкости сварного соединения газонефтепроводных труб // Сварочное производство. 1984. - № 4. - С. 17-21.

199. Богомолов H.A. Практическая металлография. М.: Высшая школа, 1987. -260 с.

200. Скотт В., Лава Г. Количественный злектроннозондовый микроанализ. -М.: Мир, 1984.- 124 с.

201. Сборник. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ. М.: Мир, 1984. - 130 с.

202. Сборник. Способы защиты оборудования от коррозии. Л.: Химия, 1987. -87 с.

203. Каменев Ю.Б., Назаров A.A. Исследование стойкости к межкристаллитной коррозии, аустенитных наплавок методом потенциодинамической реактивации // Защита металлов. 1990. - Т. 26, №1. -С. 12-15.

204. Данаскин Б.Б., Петрай O.A. Основы теоретической электрохимии. М.: Высшая школа, 1978. - 145 с.

205. Edelany С.Е. J. Iron Steel Inst. -1953. -V. 173, №2. 132 p.

206. Walton D., Chalmers B. Trans Met Soc AJME. 1959. - 188. - 136 p.

207. Княжева B.M., Чигал В., Колотыркин Я.М. Роль избыточных фаз вкоррозионной стойкости нержавеющих сталей // Защита металлов. -1975. Т. XI, № 5. - С. 531-552.

208. Капн Р.У., Хаазена П. Физическое металловедение. — М.: Металлургия, 1987.-201 с.

209. Н.J. Engell. Arch Eisenhutten Weseii. 1955. - V.26, 393 p.

210. Беккерт М., Клемм X. Способы металлографического травления. М.: Металлургия, 1988. - 127 с.

211. Немцов О.М., Харитогов В.И. Надежность магистральных трубопроводов. М.: Машиностроение, 1978. - 166 с.

212. Коррозионное растрескивание нефтегазового оборудования и защита от него // Обзоры зарубежной литературы. М.: ВНИИОЭНГ, 1977. - 63 с.

213. Зайцев К.И., Певзнер Н.Б. Старение трубопроводов, технология и техника их диагностики и ремонта // Сварочное производство. 1996. -№ 5. - С. 27-30.

214. Грезев А.Н., Григорьянц А.Г., Фёдоров В.Г. Структура и механические свойства разнородных соединений, выполненных лазерной сваркой // Автоматическая сварка. 1984. - № 9. - С.46-49.

215. Грезев А.Н., Забелин A.M., Лукьяненко В.Л. Свойства соединений стали 08Х18Н10Т, выполненных лазерной сваркой // Автоматическая сварка. -1989. -№ 12. -С 63.

216. Грезев А.Н. Разработка технологии лазерной сварки и исследование свойств лазерных сварных соединений узлов автомобилей ЗИЛ.: Дис. канд. техн. наук. М.: МВТУ. - 1981. - 245 с.

217. Абильсиитов Г.А., Григорьянц А.Г., Грезев А.Н. Лазерная сварка карданных валов автомобилей ЗИЛ. // Научно техническое сотрудничество ВУЗ.: Тез. докл. Всесоюз. конф. - М.: МГУ, 1980. - С. 167.

218. Грезев А.Н., Григорьянц А.Г. Исследование свойств сварных соединений, выполненных лазерной сваркой // Сварке в судостроении и судоремонте.: Всесоюз. конф. Владивосток, 1983. - 69.

219. Зарубин А.Г., Червонобродов П.Л. К вопросу об оценочных параметрах долговечности агрегатов М.: Машиностроение, 1978. -Вып. 8. -С.196-211.

220. Карякин A.B., Боровиков A.C. Люминисцентная и цветная дефектоскопия. М.: Машиностроение, 1972. - 240 с.

221. Волченко В.Н. Контроль качества сварки. М.: Машиностроение, 1975. — 236 с.

222. Стеклов О.И. Прочность сварных конструкций в агрессивных средах. — М.: Машиностроение, 1976. 200 С.

223. Абильсиитов Г.А. Создание промышленных технологических С02 -лазеров мощностью свыше 1 кВт. 1991. - 293 с. (Сборник препринтов НИЦТЛ АН СССР).

224. Сварка и свариваемые материалы. Справочник /Под ред. В.Н.Волченко, Т.2.- М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1996. 872 с.

225. Дуговая сварка стальных трубных конструкций / Шмелёва И.А., Шейкин М.З. и др. М.: Машиностроение, 1985. - 221 с.

226. Стеклов О.И., Лошаков A.M., Кармазинов Н.П. Технология сварки трубопроводов с двухсторонним эмалевым покрытием // Сварочное производство. 1998. - № 2. - С. 15-19.

227. Minamita К. Development of High Laser Applications in Steel Industry/ Laser Advanced Materials Proctssing. LAMP 00. 2000. - P. 35-40.

228. Лурье Э.С. Разработка технологического процесса лазерной сварки стыков труб из высокопрочных сталей.: Дис. канд. техн. наук М.: ВНИИСТ, 1988. - 126 с.

229. Грезев А.Н., Романцов H.A., Горицкий В.Н. Натурные испытания нефтегазопроводных труб диаметром 530 мм, сваренных лучом лазера. //Чёрная металлургия. 2004. - №9. - С.40-44.

230. Шварценбах Питер. Лазерное резание близкое к оптимальному. М.: Машиностроение, 2002. - С. 42-44.

231. ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

232. ВИЦЕ-ПРЕЗИДЕНТ ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РАЗВИТИЮ

233. ОГРН 1026301983113 ИНН 6320002223

234. Заставная, 2, Тольятти Самарская область, 445633 Телефон 73-91-13 Телетайп 290222 ТОПАЗ Телекс 214147 ПТИЦ Телефакс (8482) 73-91-29

235. ДИРЕКЦИЯ ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РАЗВИТИЮ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЦЕНТР ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР1. На №1. УТВЕРЖДАЮ:

236. Начальник исследовательскогоцентра1. Аманов С.Р.2005г.1. Акт

237. ЗАО «Лазерные комплексы» за указанное время внедрило на комплексе ТЛ-5 технологию лазерной сварки нержавеющих труб со следящей системой за стыком(фокусирующая оптико-механическая система).

238. С применением лазерной технологии была достигнута скорость сварки нержавеющих труб в 5 раз превышающей аргоно-ду-говую, применяемой на заводе.

239. Новомосковский Главный инжен.

240. Главный специ; Главного техноло (бывший Главный Главтрубпрома Минчермета С11. Ю.Н.Антипов1. Ф.Д.Нуриахметов1. АКТ

241. КСУ"20 = 96-163 Дж/см2, КСУ"40= 71-132 Дж/см2- шов лазерно-дуговой сварки;

242. КСУ"20 = 69-105 Дж/см2, КСУ"40 = 44-81 Дж/см2 шов под слоем флюса,

243. На растяжение временное сопротивление разрыву соответствовало нормативным требованиям для труб класса прочности К60 (не менее 588 МПа) и составляет 592-620 МПа.

244. Начальник Технического управления Дирекции Главного технолога О А. Кандидат технических наук

245. Начальник Отдела взаимодейст! с ОАО «Газпромом» и АК «Тра» Дирекции Главного технолога ОА'1. В.И.Столяров1. В.И.Казачков1. АКТ

246. ОАО «ВНИИОТ» провел комплексное исследование этих труб. Получены следующи i результаты:

247. Средне е значение ударной вязкости на образцах Менаже с надрезом по центру корня шва при температуре минус 60°С составило 16,4 кгс.м/см2 при требуе 40М 4 кгс.м/см2.

248. Средне е значение ударной вязкости на образцах Шарпи с надрезом по центру «орня шва при температуре минус 20°С составило 11,6 кгс.м/'см2.

249. Широт а зоны термического влияния на наружной поверхности составляет 0,8 мм, a i нутренней 0,5 мм.

250. Максимальное значение твердости металла швов составляет 240 Hvio, что не превышает величины 260 Hvio.

251. Следует отметить отсутствие разупрочнения в сварных швах. Твердость в зоне те{ мического влияния составляет 220 Hvio при твердости основного металла 200 Hvio, что положительно характеризует несущую способность сварных соединений лазерной сварки.

252. ОАО «Челябинский: рубопрокат

253. Главный инженер I И^й^/^и.А.Романцов

254. Начальник Отдела взаимодействий с Газпромом и Транс нефтью Дирекции* Главного технолога ОАО «ТМК» (бывший начальник' Технического отдела ОАО «Челябинский- рубопрокатный завод») I В.И.Казачков1. УТВЕРЖДАЮ":1. АКТ

255. Внедрение лазерной сварки труб большого диаметра, используемых для строительства магистральных газонефтепроводов, по нашему мнению является весьма перспективным направлением, т.к. повысит их эксплуатационную надежность.1. В.В. Бедняков

256. И И Казакевич В.Н. Баранов

257. Главный конструктор завода, к.т.н. Начальник отдела исследований и испытаний, д.т.н., профессор

258. Начальник конструкторского бюро, к.т.н.