автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Двухлучевая лазерная сварка сталей, прошедших химико-термическую обработку

ДВУХЛУЧЕВАЯ ЛАЗЕРНАЯ СВАРКА СТАЛЕЙ, ПРОШЕДШИХ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКУЮ

ОБРАБОТКУ

Специальность 05.03.06— Технологии и машины сварочного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

Киров-2006

Работа выполнена в Вятском государственном университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

В.13. Мелюков

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

П.М. Березовский

доктор технических наук, профессор Г.Л. Баранов

Ведущее предприятие: ВМ11 «Лазерная техника и технолог ии», г. Киров.

Защита состоится « 22 » ноября 2006г. в 1400 часов на заседании Диссертационного Совета Д 212.298.06 при Южно-Уральском государственном университете по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 76, ауд. 201

Ваш отзыв, заверенный печатью, просим выслать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЮжноУральского государственного университета.

Автореферат разослан » с? ht^SaS 2006г.

Ученый секретарь / f^. ^

диссертационного совета / Щуров И.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы.

Одной из современных тенденций развития машиностроения является широкое использование сварки, как технологии, позволяющей существенно повысить коэффициент использования материалов, снизить технологическую трудоемкость и трудозатраты на изготовление деталей машин и механизмов и, соответственно, снизить себестоимость выпускаемой продукции.

Поверхности деталей машин и механизмов, прошедших химико-термическую обработку, в частности нитроцементацию, хорошо работают при значительных контактных нагрузках. Но если прошедшая химико-термическую обработку деталь в процессе изготовления сварного узла должна проходить технологическую операцию сварки, то возникают проблемы формирования качественного сварного соединения. Вследствие высокого значения углеродного эквивалента в поверхностном слое свариваемого металла получение качественного сварного соединения известными традиционными методами сварки затруднительно, так как после формирования сварного соединения возникают многочисленные дефекты (горячие и холодные трещины, пористость и раковины в литой зоне шва, несплавления).

При сварке сталей с высоким углеродным эквивалентом применяют различные технологические приемы, повышающие технологическую прочность сварного соединения и снижающие дефектообразование — предварительный или сопутствующий подогрев, термообработку после сварки, что неизбежно приводит к значительному увеличению себестоимости выпускаемой продукции, а также необратимому изменению геометрических размеров детали и их выходу за поле допуска. Но все вышеперечисленные технологические приемы не позволяют в полном объеме решить проблемы свариваемости сталей, имеющих высокий углеродный эквивалент.

Таким образом, с одной стороны для увеличения ресурса работы деталей машин, работающих в условиях больших нагрузок и интенсивного износа, необходимо применять химико-термическую обработку, а с другой стороны возникают значительные технологические трудности и большие экономические затраты, если при изготовлении конструкции необходимо применять сварку.

Возможности решения указанной проблемы открываются при использовании высококонцентрированных источников энергии — электронно-лучевых или лазерных, которые имеют высокий коэффициент сосредоточенности сварочного источника энергии и позволяют производить сварку при высоких скоростях.

Электронный луч, как технологический инструмент позволяет осуществить нагрев, сварку, наплавку, испарение, размерную обработку и ряд других технологических операций. Такая универсальность электронного луча дает возможность использовать одно и то же оборудование для различных технологических целей, в различных отраслях промышленности, как высококонцентрированного источника энергии. Но его использование в условиях крупносерийного и массового производства затруднено сложностью вакуумирования и автоматизации технологических процессов в вакууме.

Лазерная сварка осуществляется в широком диапазоне режимов, обеспечивающих процесс соединения различных металлов, толщина которых может находиться от нескольких микрон до десятков миллиметров.

Из всех видов термического воздействия для подогрева деталей, изготовленных из материалов имеющих высокий углеродный эквивалент, перед сваркой наиболее приемлемым является локальный предварительный (сопутствующий процессу сварки) подогрев, так как он обеспечивает минимальные тепловые вложения в свариваемые детали и позволяет сохранить геометрические размеры свариваемого узла в поле допуска.

Если геометрические размеры свариваемого узла находятся в поле допуска десятков микрон и масса свариваемого узла мала (не превышает одного килограмма), то, как показывает практика, применение классических источников локального подогрева - газового пламени, электрической дуги, плазмы нецелесообразно, так как тепловые вложения в свариваемый узел могут оказаться слишком большими вследствие низкого коэффициента сосредоточенности теплового источника и низкой скорости вложения тепла в свариваемую деталь. Луч лазера обеспечивает наиболее высокую степень локальности подогрева вследствие высокого коэффициента сосредоточенности теплового источника нагрева, а также наибольшую скорость предварительного подогрева вследствие высокого значения плотности мощности.

Эти особенности теплового воздействия предопределяют минимальные деформации сварных конструкций, высокую технологическую прочность и механические свойства полученных сварных соединений.

Разработка процесса лазерной сварки сталей прошедших химико-термическую обработку (нитроцементацию) является трудоемкой задачей, так как требует проведения большого количества экспериментов. Поэтому для сокращения количества экспериментов и уменьшения времени на разработку технологических параметров сварки целесообразно применять математические методы моделирования, которые оптимизируют выбор технологических режимов сварки за счет получения количественной оценки процессов теплопередачи, что позволяет существенно сократить объем затрат на проведение экспериментальных работ.

Целью данной работы является исследование и разработка процесса высокоскоростной двухлучевой лазерной сварки сталей с высоким углеродным эквивалентом с сохранением геометрических размеров свариваемого узла в микронном поле допуска и требованием к сварочному процессу как окончательной сборочной операции.

В соответствии с поставленной целью в диссертации последовательно решаются следующие задачи:

1. Изучить применяемые в сварочном производстве способы и технологии сварки сталей, имеющих высокий углеродный эквивалент.

2. Предложить эффективный способ сварки сталей, прошедших химико-термическую обработку — нитроцементацию.

3. Разработать математическую модель и методику численного моделирования режима двухлучевой лазерной сварки сталей с высоким углеродном эквивалентом.

4. Поставить задачу оптимизации параметров технологического процесса двухлучевой лазерной сварки с учетом повышения гидродинамической устойчивости жидкой фазы в сварочной ванне.

5. Разработать и исследовать технологический процесс двухлучевой лазерной сварки кольцевых соединений из сталей, прошедших химико-термическую обработку, с применением оптимального режима лазерной сварки.

6. Провести металлографические исследования, а также исследования механических свойств сварного соединения.

Научная новизна и практическая ценность работы.

1. Предложен новый способ двухлучевой лазерной сварки деталей, прошедших химико-термическую обработку, в котором первый луч лазера частично оплавляет присадочный материал и осуществляет локальный предварительный подогрев свариваемых кромок, а второй луч выполняет сварку с минимальным коэффициентом перемешивания основного металла и равномерную кристаллизацию сварного шва.

2. Обоснована методика выбора оптимальных параметров двухлучевой лазерной сварки с учетом заданных температур нагрева в зоне действия каждого луча и регуляризации термокапиллярного эффекта в сварочной ванне.

3. Построена математическая модель теплового процесса двухлучевой лазерной сварки кольцевого соединения с заданным распределением мощности и с последовательным расположением лучей лазера.

4. Поставлена и решена задача оптимального управления тепловым процессом двухлучевой лазерной сварки по критерию качества, который включает в себя следующие показатели: минимизация объема сварочной ванны и дефектообразования сварного шва, сохранение геометрических размеров шестерни и синхронизатора в микронном поле допуска, обеспечение конструкционной прочности сварного соединения и повышение гидродинамической устойчивости расплава при формировании сварного шва.

5. Разработан технологический процесс двухлучевой лазерной сварки деталей, прошедших химико-термическую обработку, без последующей термической и механической обработки сварного узла, то есть двухлучевая лазерная сварка является окончательной сборочной операцией.

Апробация работы и публикации.

Результаты проведенной работы докладывались: на международной конференции «Сварка Урала — 2003», г. Киров, всероссийской ежегодной научно-технической конференции «Наука, производство, технология, экология», г. Киров, ВятГУ, 2003 г., Международной конференции «Лазерные технологии и способы их реализации» г. Санкт-Петербург, 2003 г., всероссийской ежегодной научно-технической конференции «Наука, производство, технология, экология», г. Киров, ВятГУ, 2004 г., всероссийской ежегодной научно-технической конференции «Наука, производство, технология, экология», г. Киров, ВятГУ, 2005 г., всероссийской ежегодной научно-технической конференции «Наука, производство, технология, экология», г. Киров, ВятГУ, 2006 г., на заседании кафедры Сварочных процессов Пермского государственного университета в 2006 г.

По результатам проведенной работы опубликовано 7 работ.

Объем и структура работы: Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов по работе и списка использованной литературы. Общий объем работы составляет 113 страниц машинописного текста, включая 41 рисунок, 7 таблиц и 128 наименований использованных литературных источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассматриваются основные технологические особенности сварки сталей, имеющих высокий углеродный эквивалент. Повышенное содержание углерода и легирующих элементов, а также требуемый высокий уровень механических свойств сварных соединений вызывают появление ряда специфических трудностей, возникающих при сварке. Они заключаются в обеспечении способности сварного соединения противостоять возникновению горячих и холодных трещин. Пониженная технологическая прочность, при определенных параметрах сварки, в значительной степени обусловлена повышенным содержанием углерода и легирующих элементов.

Трудности при сварке заключаются также в сложности получения механических свойств сварного соединения в соответствии с требованиями конструкторской документации.

Классические способы решения проблем сварки сталей с высоким углеродным эквивалентом достаточно хорошо известны — это предварительная термообработка или подогрев, сопутствующий подогрев, последующая термическая обработка, применение присадочных материалов из сталей аустенитного класса. Все вышеуказанные технологические приемы частично решают проблему свариваемости сталей с высоким углеродным эквивалентом, но при этом увеличивают длительность технологического цикла, повышают себестоимость выпускаемой продукции и не позволяют сделать технологический процесс сварки окончательной сборочной операцией, то есть такой технологической операцией, после которой все геометрические размеры сваренной детали не выходят за пределы поля допуска и сварной узел не подвергается последующей термической и механической обработке.

Решение указанной проблемы возможно при использовании высококонцентрированных сварочных источников энергии.

В первой главе рассмотрены технологические возможности сварки двумя источниками нагрева, методика расчета температур предварительного подогрева при сварке сталей, прошедших химико-термическую обработку с учетом трех основных составляющих углеродного эквивалента — химического состава свариваемых сталей и толщины свариваемых деталей (по теории Д. Сефериана) с учетом жесткости термического цикла.

В качестве сварного узла рассмотрена шестерня коробки передач автомобиля и проведен анализ технологических процессов соединения синхронизатора с шестерней.

При анализе технологических процессов также рассматривается гидродинамическая неустойчивость ванны сварного шва при использовании одного луча лазера, сформулированы новые подходы к решению проблемы свариваемости сталей с высоким углеродным эквивалентом.

Во второй главе рассматривается формирование распределения плотности мощности при воздействии нескольких источников нагрева, моделирование теплового процесса двухлучевой лазерной сварки кольцевого соединения, построение математической модели двухлучевой лазерной сварки.

Для расчета теплового процесса примем схему двух колец, которые стыкуются по цилиндрической поверхности радиуса г, то есть радиус г является радиусом кольцевого сварного соединения (рис. 1).

Принято нестационарное, неоднородное уравнение теплопроводности в цилиндрической системе координат.

На рис. 1 изображены свариваемые кольца и цилиндрические системы координат: во, уо, го - неподвижная, связанная с кольцами и в, у, г - подвижная, связанная с источником.

Рис. 1. Схема свариваемых колец и цилиндрические системы координат: в0 ,у0, Го - неподвижная, связанная с кольцом, в, у, г - подвижная, связанная

с источником

При совмещении начала координат систем в точке О зависимость между координатами выражается соотношениями:

Г/

Уо = У, г0 = г; 60 =9 + —, (1)

г

где г0=г — радиус кольцевого соединения; V - скорость перемещения подвижной системы координат относительно неподвижной, причем V является алгебраической величиной; t — время; в0 и в - угловые координаты произвольной точки Л/ цилиндрического кольца (рис. 1) в неподвижной и подвижной системе координат.

Тепловой процесс в кольце срединного радиуса г при объемном подвижном источнике д в поперечном сечении площадью 1 см2, перемещающемся со скоростью V, описывается уравнением теплопроводности в цилиндрических координатах О, г, в связанных с источником, причем учитываем распространение теплоты только вдоль оси сварного соединения в зависимости от угла в, т.е. Т = Т(в, /):

эг= 1 д2т узт

дг ~ г1 дв1 г дв с„

= 7 + -<?(0>О. (2)

Начальное условие:

(р{е)=т(в,0).

Граничные условия:

v ' 4 ' дв дв

где а - коэффициент температуропроводности; су- объемная теплоемкость; 9(0,0 - плотность мощности объемного источника; t- время.

Для построения модели оптимального управления тепловым процессом сварки кольцевого соединения необходимо получить решение дифференциального уравнения (2) с краевыми условиями (2').

Решение уравнения (2) при условиях (2') и г=со/м7 получим, используя комплексное преобразование Фурье по переменной в:

Ut) = ±-)ne,t)e-"">de, (3)

где Tn(t) - изображение функции температуры T(6,t)\ i - мнимая единица. При начальной температуре у(в) = о решение уравнения (2) имеет вид:

Т(в, 0 = — S Д, J )q{oc, т)е'""('~г) ■ cos(«[6>-a--(t-T)])dadr, (4)

ЛСу я-о о -х г

где

fl/2 при п = 0 2 _ ап2

Ря [1 при л^О' г1 ■

В выражении (4) функция q(ß,t) может определять воздействие двух источников <7, и q2, размещенных вдоль стыка. Угол в, определяющий размещение источников <7, и <72 вдоль стыка, будем обозначать углом у.

Рассмотрена задача оптимального управления тепловым процессом двухлучевой лазерной сварки кольцевых соединений.

Для уменьшения перегрева металла необходимо ограничивать максимальные температуры нагрева, а для повышения гидродинамической устойчивости необходимо обеспечивать наименьшее изменение градиента температуры в жидкой фазе по длине сварочной ванны. Эти условия необходимо учесть при построении заданного распределения температуры Тт и ее распределения вдоль стыка сварного соединения. При моделировании процесса сварки, значение Тт в зоне плавления задается выше температуры плавления сплава на 100 — 200 °С.

На рис. 2 изображено заданное распределение температуры предварительного подогрева Гт„,, заданное распределение максимальной температуры Тт и расположение двух источников с распределением удельной мощности теплового потока <7, и q2.

Рис. 2. Заданное распределение температур Тпод, Тт и расположение двух источников с плотностью мощности и д2

Аналитически заданное распределение температуры, изображенное на рис. 2, определяется выражением:

Т\в) =

Тпод, 0< в < /31

о, р,<в^-рг

(5)

Температуру Т\в) задаем вдоль стыка сварного шва, по ширине сварного шва распределение заданной температуры принимаем равномерным.

Аналитически распределение и , изображенное на рис. 2, определяется выражением:

1 2 2 2 2

<72.

(6)

У 1,2 2 2 2 ) 1,2 2 2 2 )

где а{, а2 - центральные углы, определяющие угловой размер источников нагрева; у - угол между источниками нагрева <дг, и .

Так как в выражении (4) функция ц(в, /) может определять воздействие двух источников и д2, запишем выражение (4) при воздействии двух источников,

расположенных последовательно (6), приняв начальную температуру тождественно равной нулю <р(в) = о:

I ^СГ+а,)

= \ со8(|»[0-а--(/-г)])«/а)А +

*су £5 5 I, , г

-(г-щ)

+ Г со5(п[в-а--(1-т)])Ла)Ж- (7)

ХСу «-0 о 1, г

Рассмотрена задача управления тепловым процессом сварки, в которой в качестве управляющего воздействия выбран один из основных параметров -расстояние между оптическими осями лучей лазера. Этот параметр обозначается угловой координатой у. В качестве управляемого параметра выбрана температура

у) в зоне сварки.

Для расчета режима двухлучевой лазерной сварки применим математическую модель теплового процесса, с оптимизацией по одному из основных параметров -расстоянию между оптическими осями лучей лазера. Сформулируем задачу оптимального управления: найти такой угол у управляющего воздействия (б) между двумя источниками, при котором уклонение температуры Т{в, I, у) от заданной температуры Г'(0) будет минимальным в момент времени V.

Уклонение оцениваем квадратичным функционалом:

Л<700]= )[(Г)г-2ГГ + Т2]сЮ =

-я -к

Р Р ж

= ¡(Г?40- 2 |(Г)7У0+ \тгав. (8)

-р -р

При постановке задачи оптимизации двухлучевой лазерной сварки, исходным параметром является заданное распределение температуры Т\в), которое задается равномерным вдоль оси сварного шва в зоне действия каждого луча. То есть в исходных данных задачи оптимизации градиент температуры вдоль оси сварного шва задается равным нулю и, соответственно, трмокапиллярная сила вдоль оси шва не действует.

В результате решения задачи оптимального управления тепловым процессом двухлучевой лазерной сварки необходимо получить распределение температуры, характеризующееся минимальным уклонением от заданного равномерного распределения, и, соответственно, величина градиента температуры в зоне плавления будет иметь минимальное отклонение от нулевого значения. Таким образом, при построении заданного распределения температуры равномерным косвенно решается задача управления термокапиллярным процессом в жидкой фазе с целью повышения устойчивости расплава и улучшения формирования шва. Положительное влияние косвенного управления термокапиллярным процессом в жидкой фазе на формирование сварного соединения подтверждается экспериментально на сварных образцах при двухлучевой лазерной сварке шестерни с синхронизатором.

В третьей главе проводится численное моделирование процесса двухлучевой лазерной сварки кольцевого соединения, определение основных технологических параметров режима двухлучевой лазерной сварки.

Для численного моделирования теплового процесса двухлучевой лазерной сварки и оптимизации его по параметру у принимаем исходные данные, которые приведены в табл. 1.

Таблица 1

Исходные данные для численного моделирования

№ п/п Название параметра Обозначение Численное значение ед.измерения

1 Радиус сварного соединения г 3 см

2 Диаметр сфокусированного первого луча d, 0,2 см

3 Диаметр сфокусированного второго луча d2 0,15 см

4 Температура плавления присадочного порошка Тпод 1100 "с

5 Максимальное значение заданной температуры тт 1600 "С

6 Скорость сварки vce 4 см/с

7 Время нагрева t 0,4 с

8 Плотность мощности теплового потока первого источника qi 2-Ю5 Вт/смJ

9 Плотность мощности теплового потока второго источника 42 4-103 Вт/см3

10 Коэффициент температуропроводности а 0,05 см 7с

11 Удельная объемная теплоемкость для первого и второго источника cv 5 Дж/см3

12 Длина свариваемой окружности / 18,8 см

Решение поставленной задачи оптимального управления сводится к поиску минимума функционала (8), значения которого при различных углах /получаем при использовании математического пакета Mathcad 2001 Professional.

Вычисляя функционал при различных значениях у, получаем зависимость (рис. 3), которая позволяет определить величину у, при которой выражение (8) принимает минимальное значение.

400

300

300

100

\ Шг

\|

0,06

0,13

0,2 0,23 0,26 0,33 г>рад.

Рис. 3. График зависимости Минимум Л^ОО] достигается при у =0,23 рад. График заданного распределения Гтх), Тт и расчетного Т'(В, у) при оптимальном расстоянии между оптическими осями лучей лазера изображен на рис.4.

Г=2лх7/188= 0,23

61 рад.

Рис.4. График заданного распределения Тпод, Тт и расчетного Т{в,у)

Четвертая глава содержит экспериментальные исследования процесса двухлучевой лазерной сварки. Приводится описание процесса двухлучевой лазерной сварки с последовательным расположением лучей, также приведены основные технологические параметры двухлучевой лазерной сварки приведены в табл. 2.

Таблица 2

Основные технологические параметры

Наименование Обозначения Численные значения

Эффективная мощность первого луча, кВт 1,9

Эффективная мощность второго луча, кВт Р 2,9

Скорость сварки, см/с Усв 4

Расстояние между оптическими осями лучей лазера, см Ах 0,7

Дефокусировка первого и второго луча лазера, см АР -0,15

Заданная температура плавления присадочного порошка первым лучом лазера, °С т„()() 1100

Заданная температура сварки вторым лучом лазера, иС тт 1600

Диаметр первого луча лазера, см & 0,2

Диаметр второго луча лазера, см ¿2 0,15

Рассмотрено технологическое оборудование и технологическая оснастка для ведения процесса двухлучевой лазерной сварки. Приведена функциональная схема лазерного технологического комплекса «ТЕХНОЛОГ», приведен состав и оптическая схема лазерного технологического комплекса для ведения процесса двухлучевой лазерной сварки. Исследование сварного соединения, выполненного двухлучевой лазерной сваркой с последовательным расположением лучей лазера, производилось с использованием металлографического и рентгеноспектрального микроанализа (РСМА).

Пятая глава посвящена исследованию структуры и свойств сварного соединения сталей, прошедших химико-термическую обработку при двухлучевой лазерной сварке. Проведено исследование дефектообразования сварного соединения.

Образование дефектов связано с неправильным выбором марки присадочного материала, несоблюдением технологического режима подготовки присадочного порошка к сварке, а также неоптимальными параметрами лазерной сварки — мощности лучей лазера, дефокусировки фокальной плоскости относительно свариваемой поверхности, неправильным выбором скорости лазерной сварки и расстояния между оптическими осями лучей лазера.

Несплавления, образующиеся между присадочным материалом и свариваемой поверхностью, объясняются недостаточным прогревом свариваемых кромок, возникающим из-за высокой скорости лазерной сварки или недостаточной мощности луча лазера, выполняющего предварительный подогрев.

Проведенные исследования показали, что при дефокусировке первого и второго луча лазера ДР = -0,15 см, эффективной мощности второго луча лазера 2,9 кВт, суммарной мощности Рь = Р1 + Рг = 4,8 кВт и скорости сварки Усв = 7 см/с, наблюдаются поры и несплавления, при скорости сварки меньше 5 см/с несплавления и поры отсутствуют. Уменьшение скорости лазерной сварки меньше 3 см/с приводит к выходу геометрических размеров свариваемой детали за поле допуска, что связано с повышением тепловложений в свариваемый узел.

Образование пор при лазерной сварке с присадкой в виде порошкового материала связано с выделением азота, водорода, влаги, поглощаемых из атмосферы. Время нахождения металла в жидкой фазе должно быть достаточным для эвакуации неметаллических включений, поэтому скорость сварки должна позволять произвести эвакуацию газовых пузырьков из ванны расплава. Эксперименты показали, что скорость более 7 см/с приводит к образованию пор в

сварном шве. Это объясняется недостаточным временем эвакуации неметаллических включений из жидкой фазы расплава.

Уменьшение скорости до 4 см/с приводит к устранению пор в сварном соединении.

Образование непровара в корне шва связано в первую очередь с неправильным выбором дефокусировки луча лазера по отношению к плоскости свариваемых деталей.

Положение фокальной плоскости относительно поверхности свариваемого металла оказывает значительное влияние на глубину проплавления. Возможное геометрическое расположение фокальной плоскости сфокусированного лазерного луча по отношению к свариваемой поверхности (дефокусировка) при лазерной сварке показано на рис. 5.

Фокусирующая линза

ДР>0

ДР<0

/ Обрабатываемая /_поверхность_

а) б) в)

а) фокусировка луча лазера происходит над поверхностью АР > 0; б) фокусировка луча лазера происходит на поверхности АР = 0; в) фокусировка луча лазера происходит под поверхностью АР < О Рис. 5. Виды дефокусировки луча лазера по отношению к плоскости

обработки

При АР = 0 фокус расположен на свариваемой поверхности, при АР > 0 — над свариваемой поверхностью, при А^ < 0 фокус заглублен.

Непровар в корне шва (рис. 5 а) получается при ДР > 0 и ДР = О (рис. 5 б). Разделка свариваемых кромок производилась на глубину 0,3 см. Исследование зависимости формирования корня шва от величины дефокусировки показало, что устранение непровара достигается при ДР = -0,1-^0,15 см.

Увеличение расстояния между оптическими осями лучей лазера больше оптимального значения равного 0,7 см приводит к охлаждению свариваемых кромок и появлению несплавлений, при уменьшении рабстояния происходит увеличение коэффициента перемешивания присадочного материала с основой, что ведет к увеличению дефектообразования сварного шва.

Оптимизация режимов двухлучевой лазерной сварки с последовательным расположением лучей лазера была направлена на минимизацию дефектов сварного соединения и полного их устранения.

При неоптимальных режимах двухлучевой лазерной сварки в сварном соединении наблюдаются дефекты в виде раковин, пор, непровара, несплавления.

При оптимальном режиме сварки: Рх = 1,9 кВт; Рг = 2,9 кВт; дефокусировке первого и второго луча лазера д^ = -0,15 см; д* = 0,7 см; У„=4 см/с; 2 = 15 л/мин; (смесь Аг 30%+Не 70%) обеспечивается качественное сварное соединение (рис. 6).

Шестерня

Синхронизатор

Сварной шов,

Рис. 6. Шестерня и синхронизатор, сваренные двухлучевой лазерной сваркой

на оптимальных режимах

Проведен анализ свойств сварного соединения выполненного двухлучевой лазерной сваркой. Метод рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) использовался для исследования распределения компонентов в сплаве, определения химического состава микрообластей на металлографическом шлифе. РСМА основан на регистрации рентгеновскими спектрометрами эмиссионного рентгеновского излучения, возбужденного пучком электронов, сфокусированных на образце в пятно диаметром приблизительно 1 мкм. Измеряя длину волны и интенсивность характеристического рентгеновского излучения, отнесенную к интенсивности эталона, определяют, какие элементы присутствуют в выбранном микрообъеме и какова их концентрация.

Места проведения рентгеноспектрального микроанализа имеют пять зон обозначенных прямоугольниками (рис. 7).

Металл шва

Зона сплавления (белый слой)

] Синхронизатор

Рис. 7. Зона сплавления и металл шва на электронном микроскопе (хЗООО)

Спектрограммы химического состава элементов в местах проведения спектрального анализа изображены на рис. 8 а, б, в._

} Ра _к м эрмагиш

0 1 2 Э 4 5 8 7 8 « 10 11 12 13 14 1« 16 17 18 18 30 ■и! Эса* 6028 <** Омог 18 306 кеУ (6 а«) («V

Спектрограмма химических элементов металла шва МЕСТО ПРОБЫ 1, 2, 3

Ра У л-_и N 5рвс»гит 4

0 1 2 Э 4 5 в 7 в в 10 11 12 13 14 15 16 17 18 18 20 Г\Л &:в1в 6068 сЛш Сигмг 18 Э08 МУ (8 О*) квУ

Спектрограмма химических элементов белого слоя. МЕСТО ПРОБЫ 4

( 1 Мп л я Ра А Эрась-ит 5

0 1 2 3 4 б в 7 8 8 10 11 12 13 14 15 18 17 18 Ги15са1е11122 Сигмг 18 ЭОв квУ (3 <*а) 1В 20 кеУ

в)

Спектрограмма химических элементов стали 20ХГНМ после двухлучевой лазерной сварки.

МЕСТО ПРОБЫ 5 Рис. 8. Спектрограммы химических элементов

Зоны 1, 2 (рис. 7) одинаковы, т.е. содержание по химическим элементам одно и тоже, что подтверждается спектрограммами химических элементов (рис. 8, а). Зона 3 — дендрит, содержание по химическим элементам совпадает с зонами 1 и 2. Зона 4 — зона сплавления (белый слой). Исследования белого слоя показали, что он характеризуется отсутствием образования дендритов. Толщина белой зоны не превышает 14 мкм, содержание по химическим элементам совпадает с зонами 1, 2 и 3 (рис. 8, б). Зона 5 — основной материал (рис. 8, в).

Спектрограммы химических элементов качественно подтверждают минимальный коэффициент перемешивания присадочного порошка с основным материалом, не происходит выгорания химических элементов, то есть химический состав присадочного порошка после двухлучевой лазерной сварки не изменился.

Металлографическими исследованиями сварного соединения установлено отсутствие дефектов сварного соединения, в сварном шве не содержатся газы и неметаллические включения. Глубина сварного шва не превышает 0,31 см, а ширина соответственно не превышает 0,26 см. Шлиф сварного соединения синхронизатора и шестерни выполненного двухлучевой лазерной сваркой при оптимальных режимах, изображен на рис. 9.

Зона

термического влияния (ЗТВ)

Слой нитроцементаци

Синхронизатор

Сварной шов

Шестерня

Рис.9. Шлиф сварного соединения синхронизатора и шестерни выполненного двухлучевой лазерной сваркой (х5) Микротвердость металла шва 290^350 Нюо. В сварном шве наблюдаются сильно развитые столбчатые кристаллы, вытянутые перпендикулярно линии сплавления. Микроструктура металла шва имеет ярко выраженный дендритный характер. Микроструктура металла шва показана на рис. 10.

Рис. 10. Микроструктура сварного шва — дендриты (х500)

Оси и ветви дендритов видны на рис. 10 как светлые области.

Микроструктура нитроцементированного слоя представляет собой карбонитридный мартенсит, остаточный аустенит и карбонитридные фазы. Толщина слоя 500 мкм, твердость 946 Н)0о •

Структура основного металла свариваемых деталей подвергнутых нитроцементации при 840-5-880 °С, закалке в масло непосредственно с этой температуры и отпуску при 160-И 80 °С в течение 1,5-ь2 ч. — низкоотпущенный мартенсит с микротвердостью 250-ь320 Нюо-

На микрофотографии (рис. 11) наблюдается четко выраженная граница между сварным швом и основным металлом, так называемый «белый» слой.

Металл шва

К'/ I .\-У.- ■ •' ' 'К' '.V':,о.

■■ — ■ М„т. ' , . » - _' • V .

Зона сплавления (Белый слой)

Основной материал шестерня

Рис. 11. Граница наплавленного слоя и основного материала (х500)

Распределение микротвердости в зоне термического влияния (рис. 12) имеет неравномерный характер и составляет 370-^420 Нюо, изменение структуры

Рис. 12. Микроструктура зоны термического влияния (х500)

В околошовной зоне шириной 0,1 мм наблюдается некоторое измельчение зерен по сравнению с исходным материалом, что дает соответствующее увеличение микротвердости 350ч-514 Нюо- Упрочнение, вероятно, происходит из-за присутствия карбидных фаз нитроцементированного слоя.

На рабочей поверхности конуса кольца синхронизатора микротвердость 946-И 100 Н100, что показывает отсутствие отпуска при сварке.

Целью метрологических исследований являлось выявление возможных изменений геометрии синхронизатора и шестерни коробки передач автомобиля «ГАЗ» при двухлучевой лазерной сварке.

Геометрический контроль сваренных деталей производился по следующим параметрам: радиальное биение конуса синхронизатора; радиальное биение делительного диаметра синхронизатора; размер по роликам зубчатого синхронизатора шестерни; погрешность направления зуба шестерни.

Метрологический анализ геометрии сваренной шестерни с синхронизатором показал наличие деформаций, не превышающих величины поля допуска на контролируемые размеры.

Сварной шов подвергался испытаниям на скручивание и осевой сдвиг. Испытанию на скручивание подвергалось 5 шестерен. При установленном чертежом минимально допустимом крутящем моменте 3-103 Н-м, значение крутящего момента, при котором произошло разрушение сварного шва, находилось в интервале 3,8-4,3-10 Н-м. При этом одна шестерня, нагруженная до момента 3,5-10Э Н-м, но не доведенная до разрушения, испытана на осевой сдвиг синхронизатора. Усилие разрушения сварного соединения при этом составило 8-104 Н-м при требовании чертежа 6-103Н •м.

Усталостные испытания производятся на каждой передаче при крутящем моменте на первичном валу, равным М^ двигателя, с которым соединяется коробка передач.

К динамическим испытаниям данного соединения можно отнести испытания по определению пиковых моментов в трансмиссии в составе автомобиля. С целью определения пиковых моментов были проведены испытания автомобилей в различных дорожных условиях, в результате которых было установлено, что максимальный крутящий момент Л/тах на первичном валу возникает при резком

старте на асфальте с броском сцепления на первой передаче при оборотах двигателя 4500-5-5000 об/мин.

В результате испытаний установлено, что величина крутящего момента на первичном валу в 2,5-ьЗ раза превышает максимальный крутящий момент двигателя. При предварительном испытании случаев разрушения сварного соединения выполненного двухлучевой лазерной сваркой не отмечено.

Таким образом, проведенными исследованиями показано, что двухлучевая лазерная сварка сталей прошедших химико-термическую обработку возможна, при этом выполняются все требования конструкторской документации по геометрии сварных деталей, дефектности сварного соединения, конструкционной прочности сварного соединения, производительности. Операция лазерной сварки шестерни с синхронизатором является окончательной сборочной операцией, так как после нее не требуется проведения последующих технологических операций термической и механической обработки. Производительность технологического процесса лазерной сварки полностью удовлетворяет требованиям автомобильного производства.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведен анализ процесса сварки сталей, имеющих высокий углеродный эквивалент и исследованы возможные направления развития технологии сварки с применением двух концентрированных источников нагрева при последовательном их расположении.

2. Разработана математическая модель двухлучевой лазерной сварки кольцевых соединений, позволяющая на основе метода обратной задачи сформулировать задачу оптимизации теплового режима и определить оптимальное значение одного из основных управляющих параметров процесса сварки - расстояние между оптическими осями двух лучей лазера.

3. На основе численного моделирования задачи оптимального управления тепловым процессом сварки двумя источниками нагрева при последовательном их расположении предложена методика определения основных параметров режима сварки: мощности, ее распределения между двумя источниками, плотности мощности в каждом источнике и скорости сварки с точностью до 85-90%.

4. Для сварки сталей с высоким углеродным эквивалентом предложен способ двухлучевой лазерной сварки, который не требует последующей термической и механической обработки сварного соединения и операция двухлучевой лазерной сварки является окончательной сборочной операцией.

5. Разработана технология высокоэффективного процесса двухлучевой лазерной сварки синхронизатора с шестерней коробки передач автомобиля «ГАЗ», позволяющая выполнить в процессе сварки локальный предварительный подогрев и устранить гидродинамическую неустойчивость жидкой фазы при формировании сварного шва.

6. Разработаны новые методологические принципы повышения свариваемости сталей с высоким углеродным эквивалентом: 1) при двухлучевой лазерной сварке в качестве источника предварительного подогрева используется первый луч лазера, который осуществляет нагрев свариваемых кромок до расчетной температуры 450 °С, за счет частичного расплавления присадочного материала без металлургического взаимодействия ванны расплава с основой; 2) при формировании сварного шва двухлучевой лазерной сваркой минимизируется коэффициент перемешивания присадочного материала с

основой. Результаты металлографических исследований

подтверждают, что глубина металлургического взаимодействия присадочного материала на поверхности свариваемых кромок составляет 60 мкм; 3) применение двухлучевой лазерной сварки позволяет решить проблему свариваемости сталей с высоким углеродным эквивалентом на повышенных скоростях порядка 4 см/с, устранить гидродинамическую неустойчивость расплава при формировании сварного шва, сохранить геометрические размеры сварного узла в микронном поле допуска, что позволяет сделать операцию сварки окончательной сборочной операцией.

7. Внедрение разработанной технологии сварки шестерни с синхронизатором, вместо шлицевого соединения позволяет получить значительный экономический эффект, а срок окупаемости проекта составит 1,5 года.

8. Полученные теоретические и практические результаты технологии двухлучевой лазерной сварки могут быть использованы для дальнейшего развития процессов сварки сталей с высоким углеродным эквивалентом.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В

РАБОТАХ:

1. Едомин, Д.М. Модель концентрированного источника энергии при управлении процессами сварки. / Д.М Едомин, В.В. Мелюков // Сварочное производство. - 2000. - №6. - С. 54-56.

2. Технология лазерной сварки сталей прошедших химико-термическую обработку- нитроцементацию / Д.М. Едомин, A.M. Чирков, A.A. Чирков,

A. М. Забелин // Сварка Урала-2003: 22-я науч. -технич. конференция сварщиков Уральского региона с междунар. участием, посвящ. 100-летнему юбилею акад. H.H. Рыкалина. 17-20 марта 2003 г.: Сб. докладов. - Киров 2003. -С. 121-123.

3. Едомин, Д.М. О некоторых особенностях лазерной сварки сталей, подвергшихся нитроцементации / Д.М. Едомин, A.M. Чирков, // Наука-производство-технологии-экология: Всероссийская научно-техническая конференция: Сб. материалов: В 5 т. - Киров, 2003. - Т. 5. -С. 12.

4. Едомин, Д.М. Управление процессом двухлучевой лазерной сварки / Д.М. Едомин, В.В. Мелюков, A.M. Чирков // Международная конференция «Лазерные технологии и средства их реализации»: материалы IV международной научно-технической конференции. - СПб, 2004. - С.82-86.

5. Едомин, Д.М. Оптимизация процесса тандемной лазерной сварки / Д. М. Едомин, В.В. Мелюков // Наука-производство-технологии-экология: Всерос. научно-технич. конференция: Сборник материалов в 5 т. - Киров, 2004. - Т. 5 (ФАМ, ИСФ). -С. 28-30.

6. Двухлучевая лазерная сварка сталей, прошедших химико-термическую обработку / В.В. Мелюков, A.M. Чирков, Д.М. Едомин, В.А. Кузьмин // Наука - производство - технологии - экология: Всероссийская научно-техническая конференция: Сб. материалов: В 6 т. /ВятГУ. - Киров, 2005. - Т. 3: ФАМ, ИСФ. -С. 11-13.

7. Едомин, Д.М. Разработка технологического процесса двухлучевой лазерной сварки сталей с высоким углеродным эквивалентом / Д.М. Едомин,

B.В. Мелюков, A.M. Чирков // Наука - производство - технологии - экология: Всероссийская научно-техническая конференция: Сб. материалов: В 8 т. /ВятГУ. - Киров, 2006. - Т. 5: ФАМ, ИСФ. - С. 71-73.

Подписано к печати 17.10.2006г. Бумага офсетная. Заказ № 1085.

Усл.п. л. 1,25. Печать матричная. Тираж 100 экз.

610000, г. Киров, ул. Дрелевского, 55. Отпечатано - ООО «Фирма «Полекс».

ВВЕДЕНИЕ.

1. СВАРКА СТАЛЕЙ, ИМЕЮЩИХ ВЫСОКИЙ УГЛЕРОДНЫЙ ЭКВИВАЛЕНТ.

1.1. Технологические особенности сварки сталей, имеющих высокий углеродный эквивалент.

1.2. Технологические возможности сварки двумя источниками нагрева.

1.3. Методика расчета температур предварительного подогрева при сварке.

1.4. Анализ технологических процессов соединения синхронизатора с шестерней.

1.5. Гидродинамическая неустойчивость ванны сварного шва при использовании одного луча лазера.

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ТЕПЛОВОГО ПРОЦЕССА ДВУХЛУЧЕВОЙ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ КОЛЬЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ.

2.1. Формирование распределения плотности мощности при воздействии нескольких источников нагрева.

2.2. Моделирование теплового процесса в кольцевом соединении.

2.3. Построение математической модели двухлучевой лазерной сварки.

2.4. Задача оптимального управления тепловым процессом двухлучевой лазерной сварки кольцевых соединений.

2.4.1. Построение заданного распределения температуры.

2.4.2. Функция управляющего воздействия двух источников.

2.4.3. Задача управления тепловым процессом сварки.

2.4.4. Постановка задачи оптимизации теплового процесса.

2.4.5. Влияние термокапиллярных сил и качественная оценка повышения устойчивости жидкой фазы при формировании сварного шва.

3. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДВУХЛУЧЕВОЙ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ КОЛЬЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ.

3.1. Определение технологических параметров режима двухлучевой лазерной сварки.

3.2. Определение плотности мощности qx и q2 при двухлучевой лазерной сварке.

3.3. Исходные данные для численного моделирования.

3.4. Решение задачи оптимизации управляющего параметра у.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ДВУХЛУЧЕВОЙ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ.

4.1. Описание процесса двухлучевой лазерной сварки с последовательным расположением лучей.

4.2. Технологические параметры двухлучевой лазерной сварки.

4.3. Технологическое оборудование и технологическая оснастка для ведения процесса двухлучевой лазерной сварки.

4.4. Технологический процесс изготовления сварного соединения шестерни с синхронизатором двухлучевой лазерной сваркой.

5. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ СТАЛЕЙ, ПРОШЕДШИХ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКУЮ ОБРАБОТКУ ПРИ ДВУХЛУЧЕВОЙ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКЕ.

5.1. Исследование дефектообразования сварного соединения.

5.2. Анализ свойств сварного соединения выполненного двухлучевой лазерной сваркой.

5.2.1. Изменения химического состава металла шва сварного соединения при двухлучевой лазерной сварке.

5.2.2. Рентгеноспектральный микроанализ (РСМА) сварного соединения.

5.2.3. Металлографические исследования сварного соединения.

5.2.4. Метрологические исследования сваренной конструкции.

5.2.5. Испытания механических свойств сварного соединения.

5.2.6. Испытания на статическую прочность сварного соединения и усталостные испытания.

Одной из основных задач современного производства является повышение конкурентоспособности выпускаемой продукции за счет снижения ее себестоимости, увеличения ресурса работы. Ресурс работы деталей машин и механизмов во многом определяется рациональностью выбора марки конструкционных материалов и технологией их обработки [1].

Для увеличения ресурса работы, детали машин и механизмов подвергают химико-термической обработке, в частности, нитроцементации, для уменьшения износа деталей, работающих в условиях тяжело нагруженных контактных нагрузках [38,39,40,41,42,43,44]. Нитроцементация является наиболее распространенным видом химико-термической обработки в машиностроении. Но если прошедшая химико-термическую обработку деталь в процессе изготовления машин и механизмов должна проходить технологическую операцию сварки, то возникают проблемы со свариваемостью [15,16].

Одной из тенденций развития современного машиностроения является широкое использование сварки, как эффективного метода снижения себестоимости выпускаемой продукции. Сварка позволяет существенно повысить коэффициент использования материалов, снизить трудозатраты на изготовление деталей машин и механизмов, то есть в конечном итоге снизить себестоимость выпускаемой продукции за счет широкого использования сварных узлов.

Вследствие высокого содержания в поверхностном нитроцементированном слое металла углерода, получение качественного сварного соединения известными традиционными методами сварки невозможно, так как при формировании сварного соединения возникают многочисленные дефекты (горячие и холодные трещины, пористость и раковины в литой зоне шва, несплавления и т.д.) [2,3, 38,39,40,41,42,43,44].

Поэтому при сварке сталей с высоким углеродным эквивалентом применяют различные технологические приемы, повышающие технологическую прочность - предварительный или сопутствующий подогрев, термообработку после сварки, что неизбежно приводит к значительному увеличению себестоимости выпускаемой продукции.

Одним из наиболее действенных приемов для исключения образования холодных трещин при сварке сталей с высоким углеродным эквивалентом является сварка с предварительным общим или локальным (предварительным или сопутствующим) подогревом. Это приводит к уменьшению скорости охлаждения при температурах распада аустенита.

Степень предварительного подогрева зависит от углеродного эквивалента свариваемой стали, толщины свариваемой детали и режима сварки. Чем более склонной к полной закалке является сталь и чем менее пластичным получается мартенсит закалки, тем вероятнее образование трещин в околошовной зоне и тем выше должна быть температура предварительного подогрева перед сваркой.

Основным химическим элементом, увеличивающим закаливаемость и прокаливаемость сталей, является углерод. Ориентировочно влияние других химических элементов, в частности ряда легирующих элементов, снижающих скорость распада аустенита, может быть оценено пересчетом их в количество эквивалентно действующего, заменяющего их углерода. Для расчета каждого элемента в эквивалентное количество углерода на основании экспериментальных исследований подбирают соответствующие коэффициенты.

Но разработанные и применяемые в настоящее время технологические приемы не позволяют в полном объеме решить все проблемы свариваемости сталей, имеющих высокий углеродный эквивалент.

Таким образом, с одной стороны, для увеличения ресурса работы деталей механизмов машин, работающих в тяжело нагруженных условиях и условиях повышенного износа, необходимо применять химико-термическую обработку, а с другой стороны возникают значительные технологические трудности и дополнительные экономические затраты, если детали прошедшие химико-термическую обработку должны подвергаться сварке.

Решение указанной проблемы возможно при использовании высококонцентрированных источников энергии - пучка электронов или излучения лазера, которые обладают рядом факторов-предпосылок, позволяющих получить качественное сварное соединение сталей с высоким углеродным эквивалентом. В первую очередь к ним относятся высокая концентрация энергии, которая позволяет увеличить скорость сварки, уменьшить время теплового воздействия на околошовную зону, ограничить размеры сварочной ванны и снизить размеры зоны термического влияния, что благоприятно сказывается на структурно-фазовом состоянии металла шва и сварного соединения, позволяет повысить технологическую прочность сварного шва и сохранить геометрию сварного узла в поле допуска [4,5,6].

В настоящее время в промышленности начинают использоваться процессы сварки материалов высококонцентрированными потоками энергии с применением гибридных сварочных технологий: лазерно-дуговой, лазерно-плазменной, лазерно-индукционной, тандемной электронно-лучевой и лазерной, лазерно-светолучевой [4,5,6,45,46,53,83,94,95,96].

Электронный луч, как технологический инструмент позволяет осуществить нагрев, сварку, наплавку, испарение, размерную обработку и ряд других технологических операций. Такая универсальность электронного луча дает возможность использовать одно и то же оборудование для различных технологических целей, в различных отраслях промышленности как высококонцентрированный источник энергии. Но его использование в условиях крупносерийного и массового производства затруднено сложностью автоматизации технологических процессов в вакууме.

Поэтому в условиях крупносерийного производства для сварки небольших толщин предпочтительнее использовать луч лазера, так как значительно снижаются затраты на проектирование и изготовление технологической оснастки и не требуется производить размагничивание деталей перед сваркой [7,60,106,107,108,109,111].

Процесс лазерной сварки осуществляется при атмосферных условиях в среде защитных газов: Ar, Не, С02, N2 или их смесях. На лазерный луч не влияют магнитные поля свариваемых деталей и технологической оснастки. Лазерный луч с помощью зеркальных оптических систем легко транспортируется и направляется в труднодоступные места. При этом обеспечивается компьютерное управление процессом лазерной сварки с регулированием энергетических характеристик лазерного излучения.

Ведение технологического процесса сварки высококонцентрированными источниками энергии позволяет значительно увеличить скорость сварки по сравнению с электрической дуговой и аргонодуговой сваркой, значительно уменьшить зону термического влияния, что является хорошей предпосылкой для сварки сталей, имеющих высокий углеродный эквивалент [5,8,9,10].

Лазерная сварка осуществляется в широком диапазоне режимов, обеспечивающих процесс соединения различных металлов толщиной от нескольких микрон до десятков миллиметров [5,11,15,17,19].

Из всех видов термического воздействия для подогрева деталей, изготовленных из материалов имеющих высокий углеродный эквивалент, перед сваркой наиболее приемлемым является локальный предварительный (сопутствующий процессу сварки) подогрев, так как он обеспечивает минимальные тепловые вложения в свариваемые детали и позволяет сохранить геометрические размеры свариваемого узла в поле допуска.

Если геометрические размеры свариваемого узла находятся в поле допуска несколько микрон или десятков микрон и масса свариваемого узла мала (не превышает одного килограмма), то, как показывает практика, применение классических источников локального подогрева - газового пламени, электрической дуги, плазмы нецелесообразно, так как тепловые вложения в свариваемый узел могут оказаться слишком большими вследствие низкого коэффициента сосредоточенности теплового источника и низкой скорости вложения тепла в свариваемую деталь. Луч лазера обеспечивает наиболее высокую степень локальности подогрева вследствие высокого коэффициента сосредоточенности теплового источника нагрева и точности дозировки энергии. Высокий темп вложения тепла лучом лазера обеспечивает высокую скорость предварительного подогрева, которая совпадает со скоростью движущегося сварочного источника энергии (в данном случае лазерного). Лазерная сварка характеризуется высокими скоростями сварки, поэтому наиболее целесообразным является применение в качестве источника предварительного подогрева также излучение лазера. Использование классических источников предварительного локального подогрева при применении лазерной сварки привело бы к необходимости разделения во времени действия источника предварительного подогрева и сварочного источника энергии, что привело бы к увеличению тепловых вложений в свариваемый узел, так как за время между предварительным подогревом и последующим технологическим процессом сварки деталь будет остывать и потребуется большее вложение тепла, что приводит к повышению вероятности выхода геометрических размеров свариваемых деталей за поле допуска. Поэтому наиболее приемлемым вариантом является локальный (сопутствующий процессу сварки) предварительный подогрев лучом лазера и в этом случае скорость движения теплового источника подогрева совпадает со скоростью сварочного источника энергии.

Данная схема подогрева свариваемых кромок может быть реализована при двухлучевой лазерной сварке, в которой один из лучей лазера выполняет функцию предварительного подогрева.

Разработка процесса лазерной сварки сталей, прошедших химико-термическую обработку (нитроцементацию), является трудоемкой задачей, так как требует проведения большого количества экспериментов. Поэтому для сокращения количества экспериментов и уменьшения времени для оптимизации технологических параметров сварки целесообразно применять математические методы моделирования, которые ускоряют выбор оптимальных технологических режимов сварки за счет получения количественной оценки процессов теплопередачи, что позволяет существенно сократить объем затрат на проведение экспериментальных работ.

Целью данной работы является исследование и разработка процесса высокоскоростной двухлучевой лазерной сварки сталей с высоким углеродным эквивалентом с сохранением геометрических размеров свариваемого узла в микронном поле допуска и требованием к сварочному процессу как окончательной сборочной операции.

В соответствии с поставленной целью в диссертации решаются следующие задачи:

1. Изучить применяемые в сварочном производстве способы и технологии сварки сталей, имеющих высокий углеродный эквивалент.

2. Предложить эффективный способ сварки сталей, прошедших химико-термическую обработку - нитроцементацию.

3. Разработать математическую модель и методику численного моделирования режима двухлучевой лазерной сварки сталей с высоким углеродным эквивалентом.

4. Поставить задачу оптимизации параметров технологического процесса двухлучевой лазерной сварки с учетом повышения гидродинамической устойчивости жидкой фазы в сварочной ванне.

5. Разработать и исследовать технологический процесс двухлучевой лазерной сварки кольцевых соединений из сталей, прошедших химико-термическую обработку, с применением оптимального режима лазерной сварки.

6. Провести металлографические исследования, а также исследования механических свойств сварного соединения.

Для решения поставленных задач были использованы следующие методы: методы теории теплопроводности, методы математического и численного моделирования, металлографические методы, методы разрушающего и неразрушающего контроля.

Научная новизна работы

1. Предложен новый способ двухлучевой лазерной сварки деталей, прошедших химико-термическую обработку, в котором первый луч лазера частично оплавляет присадочный материал и осуществляет локальный предварительный подогрев свариваемых кромок, а второй луч выполняет сварку с минимальным коэффициентом перемешивания основного металла и равномерную кристаллизацию сварного шва.

2. Обоснована методика выбора оптимальных параметров двухлучевой лазерной сварки с учетом заданных температур нагрева в зоне действия каждого луча и регуляризации термокапиллярного эффекта в сварочной ванне.

3. Построена математическая модель теплового процесса двухлучевой лазерной сварки кольцевого соединения с заданным распределением мощности и с последовательным расположением лучей лазера.

4. Поставлена и решена задача оптимального управления тепловым процессом двухлучевой лазерной сварки по критерию качества, который включает в себя следующие показатели: минимизация объема сварочной ванны и дефектообразования сварного шва, сохранение геометрических размеров шестерни и синхронизатора в микронном поле допуска, обеспечение конструкционной прочности сварного соединения и повышение гидродинамической устойчивости расплава при формировании сварного шва.

5. Разработан технологический процесс двухлучевой лазерной сварки деталей, прошедших химико-термическую обработку, без последующей термической и механической обработки сварного узла, то есть двухлучевая лазерная сварка является окончательной сборочной операцией.

Практическая ценность работы >

Проведены экспериментальные исследования влияния режимов двухлучевой лазерной сварки сталей, прошедших химико-терми\гскую обработку, на характеристики сварного соединения, разработаны методы оптимизации параметров режима сварки, которые снижают затраты на экспериментальную отработку режимов двухлучевой лазерной сварки сталей, прошедших химико-термическую обработку, позволяют повысить производительность процесса сварки и, соответственно, снизить себестоимость выпускаемой продукции.

Результаты диссертационной работы докладывались:

1. Конференция с международным участием «Сварка Урала - 2003», посвященная столетию Н.Н. Рыкалина, г. Киров, 2003 г.

2. Всероссийская ежегодная научно-техническая конференция «Наука, производство, технология, экология», г. Киров, ВятГУ, 2003 г.

3. Международная конференция «Лазерные технологии и способы их реализации» г. Санкт-Петербург, 2003 г.

4. Всероссийская ежегодная научно-техническая конференция «Наука, производство, технология, экология», г. Киров, ВятГУ, 2004 г.

5. Всероссийская ежегодная научно-техническая конференция «Наука, производство, технология, экология», г. Киров, ВятГУ, 2005 г.

6. Всероссийская ежегодная научно-техническая конференция «Наука, производство, технология, экология», г. Киров, ВятГУ, 2006 г.

По результатам выполненной работы опубликовано 7 работ.

Диссертация состоит из 5 глав

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Проведен анализ процесса сварки сталей, имеющих высокий углеродный эквивалент и исследованы возможные направления развития технологии сварки с применением двух концентрированных источников нагрева при последовательном их расположении.

2. Разработана математическая модель двухлучевой лазерной сварки кольцевых соединений, позволяющая на основе метода обратной задачи сформулировать задачу оптимизации теплового режима и определить оптимальное значение одного из основных управляющих параметров процесса сварки - расстояние между оптическими осями двух лучей лазера.

3. На основе численного моделирования задачи оптимального управления тепловым процессом сварки двумя источниками нагрева при последовательном их расположении предложена методика определения основных параметров режима сварки: мощности, ее распределения между двумя источниками, плотности мощности в каждом источнике и скорости сварки с точностью до 85-90%.

4. Для сварки сталей с высоким углеродным эквивалентом предложен способ двухлучевой лазерной сварки, который не требует последующей термической и механической обработки сварного соединения и операция двухлучевой лазерной сварки является окончательной сборочной операцией.

5. Разработана технология высокоэффективного процесса двухлучевой лазерной сварки синхронизатора с шестерней коробки передач автомобиля «ГАЗ», позволяющая выполнить в процессе сварки локальный предварительный подогрев и устранить гидродинамическую неустойчивость жидкой фазы при формировании сварного шва.

6. Разработаны новые методологические принципы повышения свариваемости сталей с высоким углеродным эквивалентом: 1) при двухлучевой лазерной сварке в качестве источника предварительного подогрева используется первый луч лазера, который осуществляет нагрев свариваемых кромок до расчетной температуры 450 °С, за счет частичного расплавления присадочного материала без металлургического взаимодействия ванны расплава с основой; 2) при формировании сварного шва двухлучевой лазерной сваркой минимизируется коэффициент перемешивания присадочного материала с основой. Результаты металлографических исследований подтверждают, что глубина металлургического взаимодействия присадочного материала на поверхности свариваемых кромок составляет 60 мкм; 3) применение двухлучевой лазерной сварки позволяет решить проблему свариваемости сталей с высоким углеродным эквивалентом на повышенных скоростях порядка 4 см/с, устранить гидродинамическую неустойчивость расплава при формировании сварного шва, сохранить геометрические размеры сварного узла в микронном поле допуска, что позволяет сделать операцию сварки окончательной сборочной операцией.

7. Внедрение разработанной технологии сварки шестерни с синхронизатором, вместо шлицевого соединения позволяет получить значительный экономический эффект, а срок окупаемости проекта составит 1,5 года.

8. Полученные теоретические и практические результаты технологии двухлучевой лазерной сварки могут быть использованы для дальнейшего развития процессов сварки сталей с высоким углеродным эквивалентом.

1. Гаркунов, Д. Н. Триботехника Текст. / Д. Н. Гаркунов. М.: Машиностроение, 1985.- 419 с.

2. Лашко, Н. Ф. Некоторые проблемы свариваемости металлов Текст. / Н. Ф. Лашко, С. В. Лашко. М.: Машгиз, 1963. - 249 с.

3. Макара, А. М. Сварка высокопрочных сталей Текст. / А. М. Макара, Н. А. Мосендз. Киев:Техника, 1971. - 140 с.

4. Рыкалин, Н. Н. Лазерная обработка материалов Текст. / Н. Н. Рыкалин, А.

5. A. Углов, А .Н. Кокора. М.: Машиностроение, 1975. - 239 с.

6. Григорьянц, А. Г. Основы лазерной обработки материалов Текст. М.: Машиностроение, 1989.-301 с.

7. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов Текст.: справочник / под ред. Н. Н. Рыкалина. Машиностроение, 1985. - 495 с.

8. Артамонов Б. А. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов Текст.: т. 2 / Б.А. Артамонов, Ю.С.Волков. М.: Высшая школа, 1983. - 208 с.

9. Пятаков, Н. Н. Сварка, пайка, термообработка изделий любой формы из разных материалов и в сложных условиях Текст. / Н. Н. Пятаков // Эксперт. 1997. - №2. - С. 8-9.

10. Ольшанский, Н. А. Сварка в машиностроении Текст.: т. 1 / Н. А. Ольшанский. -М.: Машиностроение, 1987. 501 с.

11. Лазер-информ Текст. ВЫП. №10 (169), 1999 г., стр. 16-20. П.Винокуров, В. А. Теория сварочных деформаций и напряжений [Текст] /

12. B. А. Винокуров, А. Г. Григорьянц. М.: Машиностроение, 1984. - 279 с.

13. Лахтин, Ю. М. Металловедение и термическая обработка металлов Текст. / Ю. М. Лахтин. М.: Машиностроение, 1976. - 342 с.

14. Григорьянц, А. Г. Лазерная сварка металлов Текст. / А. Г. Григорьянц, И. Н. Шиганов. М.: Высшая школа, 1988. - 207с.

15. Н.Якушин, Б.Ф. Гармонизация стандартов РФ и ЕС на испытания свариваемости Текст. / Б. Ф. Якушин // Сварочное производство. -2003. -№1. С. 40-43.

16. Расчетный метод оценки стойкости сварных соединений сплавов против образования горячих трещин Текст. / Э.Л. Макаров [и др.] // Сварочное производство. 1997. - №11. - С. 13-16.

17. Коновалов, А. В. Методика оптимизации технологии дуговой сварки на основе математической модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей Текст. / А. В. Коновалов // Сварочное производство. 2005. - №4. - С. 9-14.

18. Макаров, Э. JI. Холодные трещины при сварке легированных сталей Текст. Э. JI. Макаров. М.: Машиностроение, 1981. - 247 с.

19. Макаров, Э. JI. Система компьютерного анализа свариваемости и технологии сварки конструкционных легированных сталей Текст. / Э. J1. Макаров, А. В. Коновалов // Сварочное производство. 1995. - №3. - С. 69.

20. Федоров, В. Г. Вопросы свариваемости при лазерной сварке высокопрочных сталей Текст. / В. Г. Федоров, Ю. В. Волобуев, Ю. В. Шангуров . М.: МВТУ им. Н.Э. Баумана, 1984. - Вып. 405. - С.73-82.

21. Лебедев, Б. Д. К вопросу об эквиваленте углерода Текст. / Б. Д. Лебедев // Сварочное производство. 1969. - №2. - С. 1-2.

22. Лебедев, Б. Д. Влияние длительности охлаждения ЗТВ на эквивалент углерода Текст. / Б. Д. Лебедев // Сварочное производство. 1997. - №10. -С. 16-17.

23. Бутковский, А. Г. Теория оптимального управления системами с распределенными параметрами Текст. / А. Г. Бутковский. М.: Наука, 1965.-474 с.

24. Бутковский, А. Г. Теория подвижного управления системами с распределенными параметрами Текст. / А. Г. Бутковский, Пустыльников Л. М.-М.: Наука, 1980.- 384 с.

25. Чубаров, Е. П. Управление системами с подвижным источником воздействия Текст. /Е. П. Чубаров,- М.: Энергоатомиздат, 1985. 288 с.

26. Рыкалин, Н. Н. Расчеты тепловых процессов при сварке Текст. / Н. Н. Рыкалин. М.: Машгиз, 1951. - 246 с.

27. Математическая теория оптимальных процессов Текст. / JT.C. Понтрягин [и др.]. М.: Наука, 1976. - 392 с.

28. Беллман, Р. Динамическое программирование и уравнение в частных производных Текст.: пер. с англ. / Р. Беллман, Э. Энджел. М.: Мир, 1974.-208 с.

29. Мелюков, В.В. Оптимальное управление тепловым процессом сварки и термической обработки подвижным поверхностным источником теплоты Текст. / В. В. Мелюков, А. А. Углов // Физика и химия обработки материалов. 1984. - №4. - С. 12-15.

30. Мелюков, В. В. Оптимизация теплового режима процесса сварки Текст. / В. В. Мелюков // Сварочное производство. 1996. - №1. - С.12-14.

31. Теория сварочных процессов Текст.: учебное пособие для ВУЗов / под ред. В.В. Фролова. М.: Высшая школа, 1988. -559с.

32. Мелюков, В. В. Оптимизация режима обработки материалов концентрированными потоками энергии Текст.: учебное пособие / В. В. Мелюков. Киров: Изд-во ВятГУ, 2003. - 208с.

33. Едомин, Д. М. Модель концентрированного источника энергии при управлении процессами сварки. Текст. / Д. М Едомин, В. В. Мелюков // Сварочное производство. 2000. - №6. - С. 54-56.

34. Технология лазерной сварки сталей, прошедших химико-термическую обработку нитроцементацию Текст. / Едомин Д. М [и др.] // Сварка Урала - 2003: XXII научно-техническая конференция с международным участием. - Киров: 2003,. - С.121-123.

35. Едомин, Д.М. Оптимизация процесса тандемной лазерной сварки Текст. /Д. М. Едомин, В. В. Мелюков // Наука, производство, технология, экология всероссийская ежегодная научно-техническая конференция: сб. материалов: в 5 т. Киров, 2004. - Т.5. - С.28-30.

36. Химико-термическая обработка металлов и сплавов Текст.: справ. / Г. В. Борисенок [и др.]. М.: Металлургия, 1981. - 424 с.

37. Попов, А. А. Теоретические основы химико-термической обработки стали Текст. / А. А. Попов. М.: Металлургиздат, 1962. - 120 с.

38. Веселов, Б. П. Химико-термическая обработка деталей в автотракторостроении Текст. / Б. П. Веселов, А. Т. Каменин. М.: Машгиз, 1954.-20 с.

39. Минкевич, А. Н. Химико-термическая обработка стали Текст. / А. Н. Минкевич. М.: Машгиз, 1950. - 432 с.

40. Райцесс, В. Б. Технология химико-термической обработки на машиностроительных заводах Текст. / В. Б. Райцесс. М.: Машиностроение, 1965. - 295 с.

41. Методы повышения долговечности деталей машин Текст. / В. Н.Ткачев [и др.]. М.: Машиностроение, 1971. - 272 с.

42. Козловский, И. С. Химико-термическая обработка шестерен Текст. / И. С.

43. Козловский. М.: Машиностроение, 1970. - 232 с. 45.Забелин, A.M. Лазерные технологии машиностроения Текст.: учеб. пособие / A.M. Забелин, A.M. Оришич, A.M. Чирков; Новосиб. гос. ун-т. Новосибирск, 2004. - 142 с.

44. Die Meyer Werftin Papenburg hat das Laser-Hybrid-Verfahren Zur Produktionsreife gebracht Text. // Euro Laser. - 2002. - №3. - p. 29-33.

45. Сварочные материалы для дуговой сварки Текст.: справ, пособие: в 2-х т: Т.1. Защитные газы и сварочные флюсы /Б.П. Конищев [и др.]; под общ. ред. Н.Н. Потапова. -М.: Машиностроение, 1989. 544 с.

46. Карлслоу, У. Теплопроводность твердых тел Текст. / У. Карлслоу, Д. Егер. М.: Наука, 1964.-487с.

47. Комбинированный способ оценки параметров процесса лазерной сварки Текст. / Горный С.Г. [и др.] //Сварочное производство. 1986. - №7. -С.29-31.

48. Порошки для газотермического напыления и наплавки покрытий. Самофлюсующиеся сплавы Текст.: [рекламный проспект] / НПО «ТУЛАЧЕРМЕТ» АП ЛПС. Тула, [2005]

49. Laser Tec. Laserbearbeitungssystem ELC Текст.: рекламный проспект. -2005. 9 с.

50. Лазерная техника и технология Текст.: учеб. пособие. Кн. 3: Методы поверхностной лазерной обработки /А. Г. Григорьянц, А. Н. Сафонов; под ред. А. Г. Григорьянца. М.: Высш. шк., 1987. - 190с.: ил.

51. Криштал, М. А. Структура и свойства сплавов, обработанных излучением лазера Текст. / М. А. Криштал, А.А. Жуков, А.Н. Кокора. -М.Металлургия, 1973.- 192 с.

52. Журавлев, В. Н. Машиностроительные стали Текст.: справочник / В. Н. Журавлев, О. И. Николаева. 4-е изд., перераб. и доп. - М: Машиностроение, 1992.-480 с.

53. Назаров, Г. В. Оценка величины сварочных деформаций с учетом теплоотвода в формирующую подкладку Текст. / Г. В. Назаров // Автоматическая сварка. 1978. - №6. - С. 62-63.

54. Жданов Н.М. Уменьшение направленным теплоотводом остаточных деформаций при сварке Текст. / Н. М.Жданов, В. В. Лысак // Автоматическая сварка. -1981. №2. - С. 41-42.

55. Гребенников, В. А. Охрупчивание сварных соединений, выполненных импульсной лазерной сваркой Текст. / В.А.Гребенников, А.А.Углов, А.И.Еремин // Сварочное производство. 1997. - №9. - С. 3-7.

56. Горячие трещины при сварке жаропрочных сплавов Текст. / М. X. Шоршоров [и др.]. М.: Машиностроение, 1973. - С. 136-149.

57. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов Текст. / Н.Н. Рыкалин [и др.]. М.: Машиностроение, 1985. - 496 с.

58. Кристиан, Дж. Теория фазовых превращений в металлах и сплавах Текст. М.: Мир, 1978. - 4.1. - 806с.

59. Григорьянц, А. Г. Лазерная сварка стальных змейковых сепараторов подшипников Текст. / А. Г. Григорьянц, А. А. Гусев, Е.Г. Зайчиков // Сварочное производство. 1997. - №5. - С.21-23.

60. Чирков A.M. Высокоэффективный процесс сварки кольцевых соединений малого диаметра из высокоуглеродистых хромистых сталей Текст.: дис. кандидата техн. наук: 05.03.06. / A.M. Чирков. Киров, 2001.-88 с.

61. Григорьянц, А.Г. Особенности сварки стали 12Х18Н9Т непрерывным излучением СОг- лазера в многомодовом и одномодовом режимах генерации Текст. / А.Г. Григорьянц, А.К. Комлев, Е.В. Холоднов // Сварочное производство. 1989. - №6. - С. 1-3.

62. Судник, В. А. Численная модель формирования шва при лазерной точечной сварке Текст. / В. А. Судник, В. А.Юдин, Н.Ф. Петрухин // ФиХОМ. 1989. - № 6. - С. 93-96.

63. Столович, Н. Н. Температурные зависимости физических свойств некоторых металлов Текст. / Н. Н. Столович, Н. С. Миницкая. Минск: Наука и техника, 1975. - 157 с.

64. Панюхин, А. В. Математическая модель проплавления при лазерной микросварке разнородных материалов. Текст. / А. В. Панюхин, Б. Н. Бадьянов // Сварочное производство. 1993. - №8. - С.8-9.

65. Рыкалин, Н. Н. Некоторые особенности тепловых источников при сварке лазером Текст. / Н. Н. Рыкалин, А. А. Углов // Сварочное производство. -1969. №11. - С.1-4.

66. Фихтенгольц, Г. М. Курс дифференциального и интегрального исчисления Текст. / Г. М. Фихтенгольц. М.: Наука, 1970. - Т.1. - 608 с.

67. Метод количественной оценки склонности сварных соединений к образованию горячих трещин при импульсной лазерной сварке Текст. / Н.И. Минаева и др. // Сварочное производство. 1992. - №8. - С.41-42.

68. Грезев, А.Н. Сопротивляемость образованию горячих трещин в швах аустенитных сталей при лазерной сварке на больших скоростях Текст. /

69. A.Н. Грезев, А. Ф. Басков, В. JI. Лукьяненко // Сварочное производство. -1996. № 8. - С.15-17.

70. Компьютерное проектирование и подготовка производства сварных конструкций Текст.: учебное пособие для ВУЗов / под ред. С.А. Куркина,

71. B.М. Ховова. М.: Издательство МГТУ им Баумана, 2002.- 464с.

72. Стойкость аустенитного металла шва против образования горячих трещин при сварке среднелегированных сталей Текст. / А. Т. Дибец [и др.] // Автоматическая сварка. 1976. - №12. - С.6-8.

73. Медовар, Б.И. Сварка жаропрочных аустенитных сталей и сплавов Текст. / Б. И. Медовар. М.: Машиностроение, 1966. - 114 с.

74. Ерохин, А. А. О повышении стойкости металла шва против образования горячих трещин Текст. / А. А. Ерохин, О. М. Кузнецов // Автоматическая сварка.- 1964.-№7.-С.1-5.

75. Анализ особенностей тепловых процессов при сварке колеблющимся электронным пучком Текст. / А.В. Башкатов [и др.] // Физика и химия обработки материалов. 1972. - №3. - С.3-8.

76. Управление распределением плотности мощности электронного пучка по его сечению Текст. / Ю.Н. Панкин [и др.] // Автоматическая сварка. -1985. №6. - С.12-15.

77. Определение тепловых полей при сварке колеблющимся электронным пучком Текст. / А.В. Башкатов [и др.] // Физика и химия обработки материалов. 1972. - №2. - С.23-29.

78. Бадьянов, Б. Н. Компьютерное управление процессами сварки Текст. / Б, Н. Бадьянов // Сварочное производство. 2002. - №1. - С.19-23.

79. Бадьянов, Б.Н., Контроль процесса лазерной сварки в режиме реального времени Текст. / Б.Н. Бадьянов, А. В.Поляков // Сварочное производство. 1999. - №4. - С.25-29.

80. Особенности лазерной сварки термоупрочненного алюминиевого сплава АД 37 Текст. / И. Н. Шиганов [и др.] // Сварочное производство. - 2003. -№12. -С.34-38.

81. Коновалов, H. Н. Требования к качеству сварных соединений Текст. / Н. Н. Коновалов // Сварочное производство. 2004. -№11.- С.45-46.

82. Котов, O.K. Поверхностное упрочнение деталей машин химико-термическими методами Текст. / О. К Котов. М.: Машиностроение, 1969.-334 с.

83. Грезев, А. Н. Плазмообразование при лазерной сварке Текст. / А. Н. Грезев // Сварочное производство. 2005. - №5. - С.20-25.

84. Шоршоров, М. X. Металловедение сварки стали и сплавов титана Текст. /М.Х. Шоршоров. М.: «Наука», 1965. - 335 с.

85. Лопота, В. А. Физико-технологические основы сварки материалов мощным лазерным лучом Текст.: дис. .д-ра техн. наук / В. А Лопота. -Л., 1990.-412 с.

86. Грезев, А.Н. Формирование парогазового канала сварочной ванны при лазерной сварке Текст. / А. Н. Грезев // Сварочное производство. 2005. -№6. - С.13-17.

87. Воздействие лазерного излучения на материалы Текст. / Р.В. Арутюнян [и др.]. М.: Наука, 1989. - 376 с.

88. Попов, А. А. Справочник термиста: Изотермические и термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита / А. А. Попов, Л. Е. Попова. М.; Свердловск: Машгиз, 1961. - 432с.: ил.

89. Славяновские чтения. Сварка XXI век Текст.: сборник научных трудов. - Липецк: Изд-во ЛЭГИ, 1999. - 339 с.

90. Механизм вторично-эмиссионных процессов при электронно-лучевой сварке Текст. / В. М. Язовских, Д. Н. [и др.] // Вестник ПГТУ. Сварка: сб. науч. тр. / Перм. гос. техн. ун-т. Пермь : Изд-во ПГТУ, 2002. - С. 129156.

91. Башенко, В.В. Лучевая сварка металлов современный этап развития Текст. /В.В. Башенко, В.А. Лопота, Г.А. Туричин // Сварка и контроль -2004. Т. 1. - Пермь: Изд-во ПГТУ, 2004. - 368 с.

92. Язовских, В. М. Моделирование тепловых процессов при сварке с предварительным подогревом Текст. / В.М. Язовских // Сварка и контроль 2004. Т. 2. - Пермь: Изд-во ПГТУ, 2004. - 367 с.

93. Коротков, В. А. Сварка в аргоновых смесях Текст. / В. А. Коротков // Сварка и контроль 2004. Том 3. - Пермь: Изд-во ПГТУ, 2004. - 321 с.

94. Математическое моделирование и информационные технологии в сварке и родственных процессах Текст.: сб. трудов междунар. конф. 16-20 сент.я 2002 г. / Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины. Киев, 2000. - 266 с.

95. Лазерные технологии и средства их реализации Текст.: материалы III междунар. науч-техн. конф. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2000. - 139 с.

96. Автоматическая сварка. №9-10. 2000 г. С. 176.

97. Градов, С.А. Экономические стратегии фирмы Текст. / С. А. Градов. -М.: Высш. шк., 1995 г. 368 с.

98. Методические указания по выполнению экономической части дипломного проекта Текст. ВятГУ, Киров, 1999 г.

99. Структурные факторы хладостойкости сварных швов низкоуглеродистых сталей Текст. / Язовских В.М. [и др.] // Сварочное производство. 2002. - № 1. - С.12-14.

100. Петров, Г.Л., Теория сварочных процессов (с основами физической химии) Текст. / Г.Л. Петров, А.С Тумарев. 2-е изд., перераб. - М.: Высш. шк. 1977.-392 с.

101. Механизм вторично-эмиссионных процессов при электронно-лучевой сварке с модуляцией электронного пучка Текст. / В.М. Язовских // Сварочное производство. 2004. - № 4. - С21-27.

102. Беленький, В. Я., Воспроизводимость геометрии сварного шва при электронно-лучевой сварке регулированием фокусировки электронного луча Текст. / В. Я. Беленький, В. М. Язовских // Электронно-лучевая сварка. М., 1993. С.83-88.

103. Повышение воспроизводимости качества сварных соединений при ЭЛС ответственных изделий Текст. / В.Я. Беленький [и др.] // Вестник ПГТУ.

104. Механика и технология материалов и конструкций сб. науч. тр. / Перм. гос. техн. ун-т. 2000. - №3. - С.59-61.

105. Ерофеев, В.А. Прогнозирование качества электронно-лучевой и лазерной сварки на основе компьютерного моделирования Текст.: Монография/ В.А. Ерофеев; под общ. ред. В.А. Судника, В.А. Фролова -Тула: ТУЛГУ, 2002. 140 с.

106. Компьютерные технологии в соединении материалов Текст.: сб. науч. трудов третьей Всерос. научно-технич. конф. Тула: ТУЛГУ, 2001. - 227с.

107. Управление электронно-лучевой сваркой Текст. /В.Д. Лаптенок [и др.]; под. ред. В.Д. Лаптенка. Красноярск: САА, 2000. - 234 с.

108. Журавлев В.Н. Машиностроительные стали Текст.: справочник / В.Н. Журавлев, О.И. Николаева. 4-е изд., перераб. и доп. - М: Машиностроение, 1992.-480 с.

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

110. Сопротивление материалов Текст. / Под ред. Г.С. Писаренко 5-е изд., перераб. и доп. - К.: Вища шк. Головное изд-во, 1986. - 775 с.

111. Справочник по сопротивлению материалов Текст. / Г.С. Писаренко, А.П. Яковлев, В.В. Матвеев; отв. ред. Г.С. Писаренко. 2-е изд., перераб. и доп. - Киев: Наукова думка, 1988. - 736 с.

112. Сопротивление материалов Текст.: учеб. для техн. вузов / А.В. Дарков, Г.С. Шпиро 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1989. - 624 с.

113. Мелюков, В. В. Оптимизация параметров термического цикла при обработке пластин подвижным источником энергии Текст. / В. В. Мелюков // Физико-химические процессы обработки материалов концентрированными потоками энергии. М.: Наука, 1989. - С. 185 - 193.

114. Сварка в машиностроении Текст.: справочник: в 4 т. Т.1 / Ред. кол. Г.А. Николаев и др.; под ред. Н.А. Ольшанского. М.: Машиностроение, 1978-501 с.

115. Березовский Б.М. Математические модели дуговой сварки Текст.: В Зт. Том.З. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2003. - 485 с.

116. Березовский Б.М. Математические модели дуговой сварки Текст.: В Зт. Том.2. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2003. - 601 с.

117. Березовский Б.М. Математические модели дуговой сварки Текст.: В Зт. Том.1. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2003. - 485 с.

118. Рыжков, Ф.Н. Механизм формирования шва при электронно-лучевой сварке Текст. / Ф.Н. Рыжков, А. В.Башкатов, А. А Углов // Сварочное производство. 1972. - №5. - С. 10-12.

119. Чернышов, Г.Г. О движении металла в сварочной ванне Текст. / Г. Г. Чернышов, А. М Рыбачук., В.Ф. Кубарев // Изв. вузов. Машиностроение. -1979. -№3. С.134-138.

120. А. с. 454976. Способ дуговой сварки с принудительным давлением на металл сварочной ванны Текст. / C.JI. Мандельберг, А.А. Рыбаков, В.В. Зацерковный, Б.Г. Сидоренко. заявл. 02.01.73; опубл. 30.12.74, Бюл. N48.-2 е.: ил.

121. А. с. 218349. Способ дуговой сварки Текст. / А.Г. Потапьевский. -заявл. 20.06.66; опубл. 17.05.68, Бюл. N17.-2 с.:2 ил.

122. Электронно-лучевая сварка Текст. / Назаренко O.K., [и др.]; под ред. Б.Е. Патона. Киев: Наук, думка, 1987. - 256 с.

123. Зуев, И. В. Обработка материалов концентрированными потоками энергии Текст. / И.В. Зуев. -М.: Издат. МЭИ, 1998. 162 с.

124. Электронно-лучевая сварка Текст. / Назаренко, O.K.[и др.]; под ред. Б.Е. Патона. Киев: Наук, думка, 1987 - 256 с.

125. ВНЕШНИЙ ВИД ЛАЗЕРНОГО КОМПЛЕКСА «ТЕХНОЛОГ» ДЛЯ ДВУХЛУЧЕВОЙ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ НЕПРЕРЫВНЫМ ЛАЗЕРНЫМ1. ИЗЛУЧЕНИЕМ

126. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

127. Наименование параметра Единица измерения Величина

128. Номинальная мощность излучателя кВт 6

129. Пределы регулирования мощности кВт 0,3-6,0

130. Относительная нестабильность номинальной мощности излучения % ±3,0

131. Длина волны излучения мкм 10,6

132. Напряжение питающей сети В 380/220

133. Максимальная потребляемая электрическая мощность кВт 60

134. Габаритные размеры излучателя: Длина Ширина Высота мм 2000 1550 26508 Масса излучателя кг 2700

135. Занимаемая излучателем площадь мг 3,5