Получение биметаллических заготовок с помощью лазерной сварки проплавным швом
Современный уровень развития технологий обработки металлических материалов немыслим без использования лазеров, нашедших применение в таких процессах, как резка, термическая обработка, сварка, гравировка, пайка. В данной статье описаны исследования процесса получения биметаллического соединения нерж...
Gespeichert in:
| Datum: | 2014 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2014
|
| Schriftenreihe: | Автоматическая сварка |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103473 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Получение биметаллических заготовок с помощью лазерной сварки проплавным швом / М. Шмидт, С.В. Курынцев // Автоматическая сварка. — 2014. — № 4 (731). — С. 47-51. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-103473 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1034732016-06-17T03:02:56Z Получение биметаллических заготовок с помощью лазерной сварки проплавным швом Шмидт, М. Курынцев, С.В. Производственный раздел Современный уровень развития технологий обработки металлических материалов немыслим без использования лазеров, нашедших применение в таких процессах, как резка, термическая обработка, сварка, гравировка, пайка. В данной статье описаны исследования процесса получения биметаллического соединения нержавеющая сталь — латунь с использованием лазерной сварки проплавным швом. Образцы были сварены на оборудовании ООО НТО «ИР Э-Полюс», производящем установки для сварки лазером с использованием клещей. Толщина образцов из стали 12Х18Н10Т и латуни Л63 составляла 3 мм. Сварку выполняли на разных режимах, а также оценивали влияние последующей термической обработки на механические свойства соединений. Проведены металлографические исследования, измерена микротвердость различных участков сварного соединения. Выявлено, что применение лазерной сварки проплавным швом для получения биметаллических соединений возможно при условии более тщательной отработки режимов сварки и последующей термической обработки. 2014 Article Получение биметаллических заготовок с помощью лазерной сварки проплавным швом / М. Шмидт, С.В. Курынцев // Автоматическая сварка. — 2014. — № 4 (731). — С. 47-51. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103473 621.791.72 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Производственный раздел Производственный раздел |
| spellingShingle |
Производственный раздел Производственный раздел Шмидт, М. Курынцев, С.В. Получение биметаллических заготовок с помощью лазерной сварки проплавным швом Автоматическая сварка |
| description |
Современный уровень развития технологий обработки металлических материалов немыслим без использования лазеров, нашедших применение в таких процессах, как резка, термическая обработка, сварка, гравировка, пайка. В данной
статье описаны исследования процесса получения биметаллического соединения нержавеющая сталь — латунь с использованием лазерной сварки проплавным швом. Образцы были сварены на оборудовании ООО НТО «ИР Э-Полюс»,
производящем установки для сварки лазером с использованием клещей. Толщина образцов из стали 12Х18Н10Т и
латуни Л63 составляла 3 мм. Сварку выполняли на разных режимах, а также оценивали влияние последующей термической обработки на механические свойства соединений. Проведены металлографические исследования, измерена
микротвердость различных участков сварного соединения. Выявлено, что применение лазерной сварки проплавным
швом для получения биметаллических соединений возможно при условии более тщательной отработки режимов сварки
и последующей термической обработки. |
| format |
Article |
| author |
Шмидт, М. Курынцев, С.В. |
| author_facet |
Шмидт, М. Курынцев, С.В. |
| author_sort |
Шмидт, М. |
| title |
Получение биметаллических заготовок с помощью лазерной сварки проплавным швом |
| title_short |
Получение биметаллических заготовок с помощью лазерной сварки проплавным швом |
| title_full |
Получение биметаллических заготовок с помощью лазерной сварки проплавным швом |
| title_fullStr |
Получение биметаллических заготовок с помощью лазерной сварки проплавным швом |
| title_full_unstemmed |
Получение биметаллических заготовок с помощью лазерной сварки проплавным швом |
| title_sort |
получение биметаллических заготовок с помощью лазерной сварки проплавным швом |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2014 |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103473 |
| citation_txt |
Получение биметаллических заготовок с помощью лазерной сварки проплавным швом / М. Шмидт, С.В. Курынцев // Автоматическая сварка. — 2014. — № 4 (731). — С. 47-51. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT šmidtm polučeniebimetalličeskihzagotovokspomoŝʹûlazernojsvarkiproplavnymšvom AT kuryncevsv polučeniebimetalličeskihzagotovokspomoŝʹûlazernojsvarkiproplavnymšvom |
| first_indexed |
2025-07-07T13:54:38Z |
| last_indexed |
2025-07-07T13:54:38Z |
| _version_ |
1836996602443595776 |
| fulltext |
474/2014
удк 621.791.72
получение биМеталлических заготовок
с поМощьЮ лазерноЙ сварки проплавнЫМ ШвоМ
М. ШМИДТ1, С. В. КУРЫНЦЕВ2
1 университет фридриха-александра, германия, г. Эрланген
2 казан. нац. исслед. техн. ун-т им. а. н. туполева. рф, 420111, г. казань, ул. к. Маркса, 10. E-mail: kuryntsev16@mail.ru
современный уровень развития технологий обработки металлических материалов немыслим без использования лазе-
ров, нашедших применение в таких процессах, как резка, термическая обработка, сварка, гравировка, пайка. в данной
статье описаны исследования процесса получения биметаллического соединения нержавеющая сталь — латунь с ис-
пользованием лазерной сварки проплавным швом. образцы были сварены на оборудовании ооо нто «ирЭ-полюс»,
производящем установки для сварки лазером с использованием клещей. толщина образцов из стали 12х18н10т и
латуни л63 составляла 3 мм. сварку выполняли на разных режимах, а также оценивали влияние последующей тер-
мической обработки на механические свойства соединений. проведены металлографические исследования, измерена
микротвердость различных участков сварного соединения. выявлено, что применение лазерной сварки проплавным
швом для получения биметаллических соединений возможно при условии более тщательной отработки режимов сварки
и последующей термической обработки. библиогр. 8, табл. 2, рис. 6.
К л ю ч е в ы е с л о в а : лазерная сварка, клещи, проплавной шов, биметаллическое соединение, микротвердость, ме-
таллография
применение композиционных металлических ма-
териалов, в частности биметаллов, позволяет в
одном изделии сочетать такие ценные эксплуата-
ционные и физико-механические свойства, при-
сущие разнородным металлам, как коррозионная
стойкость и механическая прочность, триботехни-
ческие свойства и коррозионная стойкость, трибо-
технические свойства и жаростойкость, жаропроч-
ность. биметаллы находят широкое применение
в машино-, корабле-, авиастроении, химической
промышленности, производстве энергетических
установок.
соединение сваркой плавлением некоторых пар
металлов не возможно, так как они являются метал-
лургически не совместимыми либо при сварке плав-
лением на границе раздела образуются интерметал-
лиды, которые негативно влияют на механические и
электрофизические свойства соединений.
существует множество методов получения би-
металлов, в частности, заливка расплавленного
металла на движущуюся стальную ленту, напека-
ние металлического порошка, дуговая наплавка
[1, 2], магнитно-импульсная сварка, сварка про-
каткой [3], сварка взрывом [4], линейная сварка
трением, ультразвуковая сварка, диффузионная
сварка [5]. все эти способы имеют ряд техноло-
гических недостатков: сложность выполнения,
низкие показатели экологичности процесса, мак-
симальную эффективность только при массовом
производстве, высокую энергоемкость процессов,
низкую производительность, узкую специализа-
цию используемого оборудования, трудоемкость
и нерегулярную повторяемость технологическо-
го процесса. именно поэтому в промышленное
производство актуально внедрение более совер-
шенных технологий, обеспечивающих высокие
показатели энергоэффективности, повторяемости
технологического процесса, автоматизации и ро-
ботизации технологии. в настоящее время лазер-
ные технологии являются передовыми в мировой
практике и отвечают современным требованиям.
вместе с тем имеют место и недостатки, при-
сущие лазерным технологиям. к ним относится
малоизученный механизм образования парогазо-
вого канала, так как с ним связано появление пор
в сварных соединениях. в работах [6, 7] рассмо-
трен вопрос влияния предварительной подготовки
кромок под сварку в защитных газах. в работе [8]
предложена технология применения гибридной
лазерно-дуговой сварки проплавным швом, пред-
ставлены результаты влияния предварительной
подготовки поверхности, степени прижатия заго-
товок друг к другу, режимов гибридного процес-
са, флюсов, защитных газов и присадочной про-
волоки на образование соединения и термический
цикл сварки.
в настоящей статье рассматривается приме-
нение лазерной сварки с использованием клещей
для изготовления биметаллических заготовок как
альтернатива широко распространенным методам.
лазерная сварка с использованием клещей –
это процесс получения неразъемного соединения
путем установления межатомных связей между
двумя или более плоскими заготовками. при воз-© М. Шмидт, с. в. курынцев, 2014
48 4/2014
действии на поверхность одной из заготовок ла-
зерного луча, двигающегося по определенной тра-
ектории, соединение образуется за счет переплава
границы двух поверхностей, возможно с полным
или неполным проплавлением (рис. 1). техноло-
гия сварки следующая: между зажимными цан-
гами клещей (рис. 1, б) помещают свариваемые
заготовки, которые прижимают достаточно плот-
но. в клещи, которые полые, подается защитный
газ, и практически одновременно через верхний
зажим цанги направляется лазерный луч, перпен-
дикулярно свариваемым заготовкам.
характеристики процесса лазерной сварки
проплавным швом приведены ниже:
масса клещей, кг ..................................................................45
прижимающая сила, кн ...............................................0,6…3
ширина зазора клещей, мм ...............................................130
длина зоны сварки, мм ..................................................0…40
амплитуда колебаний луча, мм .............................................2
частота колебаний луча, гц ..........................................3…25
скорость сварки, мм / с ................................................max 80
фокусное расстояние, мм ................................... 250 или 300
длительность процесса сварки, с .................................... < 2
основные преимущества лазерной сварки с ис-
пользованием клещей следующие: возможность
получения сварных соединений разнородных ме-
таллов, высокая скорость сварки, кратковремен-
ный нагрев, как результат практически полное от-
сутствие зон термического влияния, возможность
автоматизации и роботизации технологического
процесса, высокая скорость сварки. при исполь-
зовании программного управления лазерным обо-
рудованием и отработанной технологии можно
обеспечить высокий показатель повторяемости
процесса сварки, что имеет большое значение в
условиях серийного производства. промышлен-
ное внедрение лазерных комплексов компании
ооо нто «ирЭ-полюс» не требует кардинально-
го изменения технологического процесса сварки,
оборудование является достаточно компактным,
потребляемая мощность сравнима с конкурирую-
щими технологиями.
сущность этого процесса при получении биме-
таллов заключается в выполнении соединения про-
плавными швами двух или более одно- или разно-
родных металлических листов, расположенных друг
над другом. для увеличения площади соединения
лазерный луч перемещается по определенной траек-
тории (рис. 2, а, сварной шов в центре образца). для
исследования механизма образования соединения
была подготовлена и сварена серия образцов сталь
12х18н10т + латунь л63 с неполным проплавле-
нием, толщина пластин 12х18н10т и л63
составляла 3 мм. лазерный луч переме-
щался по определенной траектории по по-
верхности стали 12х18н10т, образцы были
сварены на разных режимах (табл. 1). после
сварки для выявления влияния термической
обработки на механические свойства соеди-
нения было проведено старение образцов с
проплавом по разным режимам (табл. 2).
Металлографические исследования
проводили на оптическом микроско-
пе «Axiovert 200» фирмы «Carl Zeiss»,
микротвердость слоев, зон сплавления
и зон термического влияния лазерного
луча измеряли на микротвердомере HX
1000 фирмы «Remet».
при металлографических исследо-
ваниях образцов было выявлено, что
проплав при всех режимах является не
постоянным (рис. 3). произведено фото-
графирование нескольких слоев одного
залитого шлифа, после каждого исследо-
вания путем шлифования и полирования
снимали определенный слой толщиной
рис. 1. внешний вид установки для лазерной сварки с использованием
клещей LSS (а) и цанги (б)
рис. 2. образцы, полученные лазерной сваркой: а — образец сварного со-
единения 12х18н10т+12х18н10т, один режим; б — образец сварного со-
единения 12х18н10т+л63, три режима
Т а б л и ц а 1 . Режимы получения образцов сталь
12Х18Н10Т + латунь Л63
режим N, кв vсв, мм/с
1 3 25
2 2,5 25
3 2,5 15
Т а б л и ц а 2 . Влияние режима термической обработки
на микротвердость участка латуни Л63, частично переме-
шенного со сталью 12Х18Н10Т
режим Т, °с t, ч HV 0,5, Мпа
1 400 1,30 950…1030
2 350 3,0 870…940
3 500 3,0 850…890
494/2014
около 1,5…2 мм, фотографирование и исследо-
вание механических свойств повторялось. как
видно из представленных фотографий различных
по глубине участков одного образца, соединение
является несплошным, при этом металлографиче-
ские исследования показали, что участки, где сое-
динения образовывались, имеют промежуточный
слой в виде закристаллизовавшейся механической
смеси из стали 12х18н10т и латуни л63. у дан-
ных участков значения микротвердости отличают-
ся незначительно.
на рис. 4 представлена макроструктура соеди-
нений с отпечатками индентора, часть крупных от-
печатков в левой части фотографии (рис. 4, а) была
получена при нагрузке HV 1. однако поскольку
необходимо было выявить достаточно узкие зоны
перехода, а сплавы имеют относительно невысо-
кие значения твердости, то основные измерения
проводили при нагрузке HV 0,5. на фотографиях
как до травления, так и после отчетливо видны ли-
нии сплавления, дефекты в виде пор, структурные
изменения после термического влияния лазерного
луча. Микротвердость различных участков стали
после лазерного воздействия находится в диапазо-
не HV 1 = 1700…2500 Мпа, причем максимальные
значения, представленные в центральной части
фотографии (рис. 4, а), линия сплавления латунь–
сталь — в диапазоне HV 1 = 1050…1750 Мпа,
основной металл латуни — в диапазоне HV 1 =
= 870…1050 Мпа.
на рис. 5, а, где представлен шлиф образца, не под-
вергнутый термической обработке, отчетливо видно
глубину проплавления лазерным лучом, практиче-
ски полное отсутствие сплавления стали и латуни, на
рис. 3. поперечный макрошлиф (×100) сварного соединения: а — участок № 1, глубина 1 мм; б — участок № 2, глубина 3 мм;
в — участок № 3, глубина 4,5 мм; г — участок № 4, глубина 6 мм; д — участок № 5, глубина 7,5 мм; е — участок № 6, глуби-
на 9,5 мм
рис. 4. Макрошлиф (×250) одного участка сварного соединения с неполным проплавлением после измерения микротвердости
(а) и после травления (б) (в верхней части 12х18н10т, в нижней л63)
50 4/2014
рис. 5, б — структурные изменения на линии сплавле-
ния, основной металл – лазерное воздействие, участ-
ки латуни с вкраплениями стали. Микротвердость на
рис. 5, б измеряли при нагрузках HV 0,25 (верхняя
линия отпечатков) и HV 0,5 (нижняя линия). как вид-
но, при меньшей нагрузке удалось измерить именно
значения линии сплавления, где микротвердость ла-
туни сопоставима со значениями стали и находится
в диапазоне HV 1 = 1500…1700 Мпа.
Макрошлифы образца с небольшим участком
сплавления, подвергнутого термической обра-
ботке по режиму 1 и 2 (табл. 2), представлены на
рис. 6, а, б. термическую обработку данных со-
единений проводили с целью взаимной диффу-
зии компонентов сплавов для увеличения проч-
ности соединения. на рисунках видно, что после
термической обработки произошло уравновеше-
ние структуры, значения микротвердости данного
участка л63 не имеют резких перепадов в сравне-
нии с образцами, не подвергнутыми термической
обработке. однако ожидаемый эффект увеличения
прочности соединения за счет взаимной диффу-
зии обнаружить не удалось.
Выводы
1. лазерная сварка проплавным швом может рас-
сматриваться как перспективный метод получения
биметаллических соединений, поскольку процесс
может быть автоматизирован, позволяет соеди-
нять металлы различных комбинаций в широком
диапазоне толщин.
2. Механические свойства соединений после
сварки неоднородны, поэтому для их уравновеши-
вания при необходимости можно применять тер-
мическую обработку.
Работа выполнена при поддержке гранта Ми-
нистерства образования и науки РФ в рамках по-
становления № 220, заявка № 14z50.31.0023.
1. Белый А. И. влияние основных технологических параме-
тров плазменной наплавки на свойства композиционного
наплавленного металла // автомат. сварка. – 2010. – № 6.
– с. 30–33.
рис. 5. Макрошлиф сварного соединения с минимальным проплавлением: а — общий вид, латунь, ×250; б — участок сплав-
ления, ×800
рис. 6. Макрошлиф (×100) сварных соединений после термической обработки, полученных по режиму № 1 (а) и 2 (б)
514/2014
2. Исследование структуры и эксплуатационных свойств
наплавленного металла для восстановления и упрочне-
ния прокатных валков / и. а. рябцев, и. а., кондратьев,
в. г. васильев и др. // там же. – 2010. – № 7. – с. 14–19.
3. Разработка композитов на основе циркония и нержаве-
ющей стали для изготовления переходников к конструк-
циям аЭс / и. М. неклюдов, б. в. борц, а. т. лопата //
там же. – 2010. – № 8. – с. 52–58.
4. Камеры для сварки металлов взрывом / п. с. Шленский,
л. д. добрушин, Ю. и. фадеенко, с. д. венцев // там же.
– 2011. – № 5. – с. 57–62.
5. Люшинский А. В. использование нанодисперсных по-
рошков металлов при диффузионной сварке разнород-
ных материалов // там же. – 2011. – № 5. – с. 39–42.
6. Соколов М., Салминен А. влияние качества поверхно-
сти кромки соединения на эффективность лазерной свар-
ки низколегированных сталей // там же. – 2013. – № 2.
– с. 49–53.
7. Кироц В., Гуменюк А., Ретмайер М. особенности лазер-
ной сварки аустенитных и аустенитно-ферритных нержа-
веющих сталей с высоким содержанием марганца // там
же. – 2012. – № 1. – с. 12–17.
8. Хаскин В. Ю. лазерная сварка нахлесточных соединений
низкоуглеродистых сталей прорезными швами // свар-
щик. – 2011. – № 5. – с. 24–26.
поступила в редакцию 11.12.2013
Разработка и применение инновационных технологий
и передовых научных разработок компании «СТИЛ ВОРК» в области
защиты технологического оборудования от различных видов износа
ООО «Стил Ворк» — стабильно развивающееся предприятие, основным видом деятельности ко-
торого является разработка и применение инновационных технологий и передовых научных разра-
боток в области защиты технологического оборудования от различных видов износа, в том числе
при помощи производимых биметаллических износостойких листов SWIP®, получаемых методом
наплавки, и коррозионностойких листов, получаемых импульсным методом.
Компания «Стил Ворк» является членом Академии горных наук Украины и входит в Общество
сварщиков Украины, а также плодотворно на протяжении многих лет сотрудничает с Институтом
электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины, ГП «ГПИ «КРИВБАССПРОЕКТ», ГП «ГИПРОКОКС»,
ГП «УКРГИПРОМЕЗ».
ООО «Стил Ворк» обладает собственной запатентованной технологией и производственной лини-
ей по изготовлению биметаллических листов SWIP® и изделий из них. За годы своего существования
компания накопила бесценный опыт в области повышения ресурса оборудования при различных
технологических переделах производства.
В 2013 г. компанией освоено производство биметаллических коррозионностойких листов, произ-
водимых импульсным методом (так называемая сварка взрывом). Импульсный метод представляет
собой процесс создания неразъемного соединения, необходимым условием протекания которого яв-
ляется наличие значительных пластических деформаций. Этим методом получаем соединения прак-
тически всех металлов и сплавов. В особых случаях импульсный метод используется для нанесения
покрытий на готовые детали.
Основными потребителями коррозионностойкого биметалла являются химическое и нефтехими-
ческое машиностроение. Биметалл активно используется при изготовлении реакторов, колонн, те-
плообменного оборудования, различных емкостей, аппаратов воздушного охлаждения. В большин-
стве это биметаллический лист, в котором прочностную нагрузку несет относительно толстый слой
из недорогой низколегированной стали, а функцию коррозионной защиты выполняет относительно
тонкий слой из нержавеющей стали, титана, латуни или циркония. Возможно также изготовление
многослойных (3, 4, 5 и т.д. слоев) металлов.
Применение коррозионностойких биметаллических листов при незначительном росте цены по-
зволяет увеличить устойчивость оборудования к агрессивным средам, получив при этом высокие
технологические свойства оборудования, либо, наоборот, значительно снизить стоимость оборудо-
вания благодаря применению биметаллических листов, взамен однослойных листов, например из
нержавеющей стали.
Продукция компании «СТИЛ ВОРК» сможет найти широкое применение
для защиты от износа технологического оборудования любого предприятия.
Более подробная информация на сайте: www.steel-work.net
|