Лазерная сваркатехнического титана ВТ1-0 ДШП, упрочненного азотом
Показана возможность получения лазерной сваркой равнопрочных с основным металлом стыковых соединений листового проката ВТ1-0 ДШП толщиной 12 мм, предварительно упрочненного азотом (0,098 мас. %) из газовой фазы в процессе дугошлакового переплава. В ходе экспериментальных исследований была выполнена...
Gespeichert in:
| Datum: | 2015 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2015
|
| Schriftenreihe: | Автоматическая сварка |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/112995 |
| 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: | Лазерная сваркатехнического титана ВТ1-0 ДШП, упрочненного азотом / В.Д. Шелягин, В.Я. Саенко, А.А. Полишко, В.А. Рябинин, А.В. Бернацкий, С.Н. Степанюк, И.Н. Клочков // Автоматическая сварка. — 2015. — № 3-4 (741). — С. 44-50. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-112995 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1129952017-01-31T03:03:44Z Лазерная сваркатехнического титана ВТ1-0 ДШП, упрочненного азотом Шелягин, В.Д. Саенко, В.Я. Полишко, А.А. Рябинин, В.А. Бернацкий, А.В. Степанюк, С.Н. Клочков, И.Н. Научно-технический раздел Показана возможность получения лазерной сваркой равнопрочных с основным металлом стыковых соединений листового проката ВТ1-0 ДШП толщиной 12 мм, предварительно упрочненного азотом (0,098 мас. %) из газовой фазы в процессе дугошлакового переплава. В ходе экспериментальных исследований была выполнена двухсторонняя сварка стыковых соединений с применением излучения Nd:YAG-лазера. Результаты макро- и микроисследований, замеры распределения микротвердости НV, механические свойства при испытании на статическое растяжение и ударный изгиб подтвердили высокое качество стыковых соединений. Однородность структуры, отсутствие трещин, пор и других дефектов свидетельствуют о перспективности разработки технологии лазерной сварки технического титана ВТ1-0 ДШП, упрочненного азотом (до 0,1 мас. %). The possibility of producing the full-strength butt joint of sheet rolled titanium VT1-0 of 12 mm thickness, preliminary hardened by nitrogen (0.098 wt.%) from the gas phase in the process of arc slag remelting, using laser welding was shown. In the course of experimental investigations double-sided welding of butt joints applying Nd:YAG-laser radiation was performed. The results of macro- and microinvestigations, measurements of distribution of microhardness HV, mechanical properties in testing on static tension and impact bending proved a high quality of welded joints. The homogeneity of the structure, absence of cracks, pores and other defects evidence of the challenging development of technology of laser welding of commercial titanium VT1-0 hardened by nitrogen (up to 0.1 wt.%) in ASR. 2015 Article Лазерная сваркатехнического титана ВТ1-0 ДШП, упрочненного азотом / В.Д. Шелягин, В.Я. Саенко, А.А. Полишко, В.А. Рябинин, А.В. Бернацкий, С.Н. Степанюк, И.Н. Клочков // Автоматическая сварка. — 2015. — № 3-4 (741). — С. 44-50. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/112995 621.791:669.295 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 |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Шелягин, В.Д. Саенко, В.Я. Полишко, А.А. Рябинин, В.А. Бернацкий, А.В. Степанюк, С.Н. Клочков, И.Н. Лазерная сваркатехнического титана ВТ1-0 ДШП, упрочненного азотом Автоматическая сварка |
| description |
Показана возможность получения лазерной сваркой равнопрочных с основным металлом стыковых соединений листового проката ВТ1-0 ДШП толщиной 12 мм, предварительно упрочненного азотом (0,098 мас. %) из газовой фазы в процессе дугошлакового переплава. В ходе экспериментальных исследований была выполнена двухсторонняя сварка стыковых соединений с применением излучения Nd:YAG-лазера. Результаты макро- и микроисследований, замеры распределения микротвердости НV, механические свойства при испытании на статическое растяжение и ударный изгиб подтвердили высокое качество стыковых соединений. Однородность структуры, отсутствие трещин, пор и других дефектов свидетельствуют о перспективности разработки технологии лазерной сварки технического титана ВТ1-0 ДШП, упрочненного азотом (до 0,1 мас. %). |
| format |
Article |
| author |
Шелягин, В.Д. Саенко, В.Я. Полишко, А.А. Рябинин, В.А. Бернацкий, А.В. Степанюк, С.Н. Клочков, И.Н. |
| author_facet |
Шелягин, В.Д. Саенко, В.Я. Полишко, А.А. Рябинин, В.А. Бернацкий, А.В. Степанюк, С.Н. Клочков, И.Н. |
| author_sort |
Шелягин, В.Д. |
| title |
Лазерная сваркатехнического титана ВТ1-0 ДШП, упрочненного азотом |
| title_short |
Лазерная сваркатехнического титана ВТ1-0 ДШП, упрочненного азотом |
| title_full |
Лазерная сваркатехнического титана ВТ1-0 ДШП, упрочненного азотом |
| title_fullStr |
Лазерная сваркатехнического титана ВТ1-0 ДШП, упрочненного азотом |
| title_full_unstemmed |
Лазерная сваркатехнического титана ВТ1-0 ДШП, упрочненного азотом |
| title_sort |
лазерная сваркатехнического титана вт1-0 дшп, упрочненного азотом |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2015 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/112995 |
| citation_txt |
Лазерная сваркатехнического титана ВТ1-0 ДШП, упрочненного азотом / В.Д. Шелягин, В.Я. Саенко, А.А. Полишко, В.А. Рябинин, А.В. Бернацкий, С.Н. Степанюк, И.Н. Клочков // Автоматическая сварка. — 2015. — № 3-4 (741). — С. 44-50. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT šelâginvd lazernaâsvarkatehničeskogotitanavt10dšpupročnennogoazotom AT saenkovâ lazernaâsvarkatehničeskogotitanavt10dšpupročnennogoazotom AT poliškoaa lazernaâsvarkatehničeskogotitanavt10dšpupročnennogoazotom AT râbininva lazernaâsvarkatehničeskogotitanavt10dšpupročnennogoazotom AT bernackijav lazernaâsvarkatehničeskogotitanavt10dšpupročnennogoazotom AT stepanûksn lazernaâsvarkatehničeskogotitanavt10dšpupročnennogoazotom AT kločkovin lazernaâsvarkatehničeskogotitanavt10dšpupročnennogoazotom |
| first_indexed |
2025-07-08T05:01:05Z |
| last_indexed |
2025-07-08T05:01:05Z |
| _version_ |
1837053639799078912 |
| fulltext |
44 3-4/2015
УДК 621.791:669.295
ЛАЗЕРНАЯ СВАРКА ТЕхНИЧЕСКОГО ТИТАНА ВТ1-0 ДШП,
УПРОЧНЕННОГО АЗОТОМ
В.Д. ШЕЛЯГИН, В.Я. САЕНКО, А.А. ПОЛИШКО, В.А. РЯБИНИН, А.В. БЕРНАЦКИЙ,
С.Н. СТЕПАНЮК, И.Н. КЛОЧКОВ
ИЭС им. Е.О. Патона НАН Украины. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
Показана возможность получения лазерной сваркой равнопрочных с основным металлом стыковых соединений ли-
стового проката ВТ1-0 ДШП толщиной 12 мм, предварительно упрочненного азотом (0,098 мас. %) из газовой фазы в
процессе дугошлакового переплава. В ходе экспериментальных исследований была выполнена двухсторонняя сварка
стыковых соединений с применением излучения Nd:YAG-лазера. Результаты макро- и микроисследований, замеры
распределения микротвердости НV, механические свойства при испытании на статическое растяжение и ударный изгиб
подтвердили высокое качество стыковых соединений. Однородность структуры, отсутствие трещин, пор и других де-
фектов свидетельствуют о перспективности разработки технологии лазерной сварки технического титана ВТ1-0 ДШП,
упрочненного азотом (до 0,1 мас. %).
К л ю ч е в ы е с л о в а : лазерная сварка, технический титан, упрочнение азотом из газовой фазы, свариваемость,
стыковые соединения, микро-, макроструктура, микротвердость, механические свойства
Расширение производства и применения титана
и его сплавов в различных отраслях техники вы-
звано в первую очередь их повышенной удель-
ной прочностью (отношением предела прочности
к плотности). Высокая коррозионная стойкость
титана в атмосферных условиях, морской воде
и ряде высокоагрессивных сред обусловливают
эффективное их использование для изготовления
сварных конструкций, работающих в самых тяже-
лых условиях эксплуатации. Объемы промышлен-
ного использования этих конструкций во многом
зависят от совершенствования технологических
процессов их изготовления и прежде всего сварки.
К числу основных вопросов проблемы сварки ти-
тана относятся серьезные трудности, вызванные
его высокой химической активностью при повы-
шенных температурах. При сварке необходима на-
дежная защита сварочной ванны от окружающей
среды, чтобы исключить взаимодействие с газами
атмосферы, иначе сварные соединения теряют
пластичность, в швах образуются дефекты, в част-
ности, поры. Для обеспечения хорошей сварива-
емости в титане и его сплавах ограничивают со-
держание вредных примесей — газов (кислорода,
азота, водорода) и углерода. Так, в техническом
титане ВТ1-0 содержится, мас. %: 0,12 О2; 0,04 N2;
0,01 H2; 0,07 С [1].
В результате проведенного в ИЭС им. Е.О. Па-
тона комплекса исследований [2–4] установле-
на возможность повышения более чем в 1,5 раза
уровня прочностных характеристик техническо-
го титана марки ВТ1-0 (ГОСТ 23755–79), путем
легирования его азотом до 0,1 мас. % из газовой
фазы в процессе выплавки слитков методом ду-
гошлакового переплава (ДШП). При этом, не-
смотря на фактическое содержание азота (0,069 и
0,098 мас. %), в упрочненном титане ВТ1-0 ДШП
толщиной 14…152 и 5…35 мм, соответственно,
показатели относительного удлинения (δ, %) и
сужения (ψ, %) находятся на высоком уровне —
14…27 и 32,5…47, соответственно.
Одной из главных задач исследования метал-
лургического качества и технологических свойств
упрочненного азотом листового проката ВТ1-0
ДШП как нового конструкционного материала,
является его свариваемость.
Ранее [5] была показана эффективность при-
менения электронно-лучевой сварки (ЭЛС) для
получения равнопрочных с основным металлом
(ОМ) сварных соединений листового техническо-
го титана ВТ1-0 ДШП толщиной 35 мм, упроч-
ненного азотом до 0,1 мас. % из газовой фазы в
процессе ДШП. Металлографические исследова-
ния подтвердили получение качественного свар-
ного соединения без трещин, пор и других дефек-
тов, несмотря на то, что фактическое содержание
азота (0,098 мас. %) в основном металле почти в
2,5 раза превышает допустимое (≤ 0,04 мас. %)
содержание в ВТ1-0 согласно ГОСТ 19807–74.
Металл шва и ОМ характеризуются однородной
структурой.
Новые возможности в производстве ответ-
ственных сварных конструкций из титана и его
сплавов открываются в результате применения
для этой цели лазерной и гибридной лазерно-ду-
© В.Д. Шелягин, В.Я. Саенко, А.А. Полишко, В.А. Рябинин, А.В. Бернацкий, С.Н. Степанюк, И.Н. Клочков, 2015
* В работе принимали участие А.В. Сиора, А.Ю.Туник.
453-4/2015
говой сварки [6, 7]. Важным является также то,
что лазерная сварка является одним из перспек-
тивных способов сварки, позволяющих получать
высококачественные и долговечные сварные сое-
динения практически без остаточных деформаций
[8].
Целью настоящей работы является исследова-
ние свариваемости лазерным излучением стыко-
вых соединений листового проката ВТ1-0 ДШП
толщиной до 12 мм, упрочненного азотом (0,098
мас. %) из газовой фазы с оценкой возможности
получения равнопрочных сварных соединений.
Для достижения поставленной цели были
выполнены эксперименты по лазерной сварке
двухсторонних стыковых соединений листо-
вого проката ВТ1-0 ДШП толщиной 12 мм,
упрочненного азотом (0,098 мас.%) из газовой
фазы в процессе ДШП.
химический состав (мас.%) листового
проката ВТ1-0 ДШП толщиной 12 мм, ис-
пользуемого для сварных образцов, приведен в
табл. 1, а механические свойства в табл. 2.
Эксперименты проводили на лабораторном
стенде, смонтированном на базе трехкоординатно-
го манипулятора «Ласточка-1» производства ИЭС
им. Е.О. Патона. Для экспериментов использова-
ли Nd:YAG-лазер «DY044» производства фирмы
«ROFIN-SINAR» (Германия) с длиной волны из-
лучения λ = 1,06 мкм. Лазерное излучение пере-
давалось по изготовленному из кварцевого стек-
ла оптическому волокну диаметром 600 мкм и
длиной 20 м. Из оптоволокна лазерное излучение
попадало в коллиматор, где преобразовывалось с
помощью системы оптических элементов, при-
обретало необходимые геометрические размеры
и затем попадало на фокусирующую кварцевую
линзу диаметром 50 мм с фокусным расстоянием
F = 300 мм. Эксперименты проводили по схеме,
приведенной в работе [6]. Образцы фиксировали
в струбцине, расположенной на предметном сто-
ле, а лазерную головку закрепляли на подвиж-
ной каретке манипулятора, как показано на рис. 1.
Сварку осуществляли в атмосфере активных (N2)
и инертных газов (Ar, He). Технологические режи-
мы сварки пластин сплава ВТ1-0 ДШП толщиной
12 мм, упрочненного азотом (0,098 %), представ-
лены в табл. 3.
Полученные сварные соединения подверга-
ли макро- и микроструктурным исследованиям,
а также определяли их механические ха-
рактеристики при испытании на статиче-
ское растяжение и ударный изгиб в со-
стоянии после сварки.
Схематическое изображение этапов
формирования двухсторонних стыко-
вых швов лазерной сваркой показано на
рис. 2.
Внешний вид сваренных пластин и
технологические режимы лазерной свар-
ки с двух сторон представлены на рис. 3,
4 и в табл. 3.
Двухсторонние стыковые швы на обе-
их сварных пластинах отличаются хо-
рошим формированием, каких-либо по-
верхностных дефектов в металле шва
или ЗТВ не обнаружено.
Металлографические макро- и микро-
исследования (рис. 5, 6) показали, что в
Т а б л и ц а 1 . Сравнение химического состава (мас. %) листо-
вого проката сплавов ВТ1-0 и ВТ1-0 ДШП (Ti – основа)
Материал Al Fe C [N] [O] [H]
ВТ1-0 ДШП 0,23 0,09 0,02 0,098 0,09 0,002
ВТ1-0
ГОСТ 19807–74 ≤0,30 ≤,0,30 ≤,0,07 ≤,0,04 ≤,0,12 ≤0,01
Т а б л и ц а 2 . Механические свойства листового проката толщиной
12 мм из титана марки ВТ1-0 и ВТ1-0 ДШП
Материал σт, МПа σв, МПа δ, % ψ, % КСU+20,
Дж/см2
ВТ1-0 ДШП 625 705 23 40,5 61
ВТ1-0
по ГОСТ 23755–79 - 375…570 10...13 24...27 -
Т а б л и ц а 3 . Технологические режимы лазерной сварки пластин
сплава технического титана ВТ1-0 ДШП, упрочненного азотом (0,098
мас. %)*
Номер
образца
Размер об-
разца, мм Газовая среда (расход газа)
1 198×194×12
He – ванна (20 л/мин),
Ar – хвостовая часть ванны (14 л/мин),
Ar – обратная сторона сварного шва (10 л/мин)
2 207×197×12
He – ванна (20 л/мин),
N2 – хвостовая часть ванны (14 л/мин),
Ar – обратная сторона сварного шва (10 л/мин)
* Режим сварки: стык сварен с двух сторон, Р = 4,4 кВт; vcв = 1 м/мин.
Рис.1. Процесс лазерной сварки двухсторонних стыковых со-
единений листового проката ВТ1-0 ДШП толщиной 12 мм,
упрочненного азотом (0,098 мас. %) из газовой фазы в про-
цессе ДШП
46 3-4/2015
результате выполнения лазерной сваркой двухсто-
ронних стыковых швов по обоим технологиче-
ским вариантам получены качественные стыковые
соединения без трещин, пор и других дефектов.
В образце 1 (He + Ar + Ar) ширина шва 1 со-
ставляет 6,5 мм, шва 2 — 6,6 мм, корня шва —
2,4 мм (рис. 2), при этом ширина ЗТВ составля-
ет 0,3…0,5 мм. Во всем объеме двухстороннего
стыкового шва образца 1 микроструктура состо-
ит из игольчатой мартенситной α-фазы. В шве 1
иглы разной длины (10…15 мкм). Размер зерна
на этом участке от 250 до 450 мкм, встречаются
зерна с размером 100…150 мкм. Пластинчатые
выделения α-фазы наблюдаются, в основном, по
границам зерен. В корне шва размер зерен состав-
ляет 50…100 мкм, при этом они имеют внутризе-
ренную игольчатую структуру с размером игл до
10 мкм. Шов 2 также имеет игольчатую мартен-
ситную структуру. Размер зерен несколько мень-
ше — от 150 до 250 мкм. В металле ЗТВ наблю-
дается переход от более мелкого зерна в металле
шва к более крупному в основном металле. В ме-
талле ЗТВ каких-либо дефектов не наблюдается
(рис. 5).
В образце 2 (He + N2 + Ar) ширина шва 1 со-
ставляет 6,8 мм, шва 2 — 7,3 мм, корня шва
— 2,6 мм (рис. 2), при этом ЗТВ составляет
0,4…0,6 мм. Во всем объеме двухстороннего сты-
кового соединения образца 2 микроструктура со-
стоит из игольчатой мартенситной α-фазы. В шве
1 иглы разной длины (5…15 мкм). Размер зерна
на этом участке от 150 до 250 мкм. Пластинчатые
выделения α-фазы наблюдаются, в основном, по
границам зерен. В зоне нахлеста размер зерен со-
ставляет 40…100 мкм, при этом они имеют вну-
тризернную игольчатую структуру с размером игл
5…10 мкм. Нижняя часть шва также имеет иголь-
чатую мартенситную структуру. Размер зерен не-
Рис. 2. Схематическое изображение этапов формирования
двухстороннего стыкового соединения лазерной сваркой: а
— лазерная дорожка с одной стороны; б — наложение лазер-
ной дорожки со второй стороны (1 — шов 1; 2 — корень шва;
3 — шов 2)
Рис. 3. Внешний вид сваренных в газовой среде He + Ar + Ar с двух сторон пластин сплава технического титана ВТ1-0 ДШП
толщиной 12 мм, упрочненного азотом (0,098 мас. %)
Рис. 4. Внешний вид сваренных в газовой среде He + N2 + Аr с двух сторон пластин сплава технического титана ВТ1-0 ДШП
толщиной 12 мм, упрочненного азотом (0,098 мас. %)
473-4/2015
сколько меньше — от 100 до 200 мкм. В металле
ЗТВ наблюдается переход от более мелкого зерна
в металле шва к более крупному в основном ме-
талле. В металле ЗТВ каких-либо дефектов не на-
блюдается (рис. 6).
Микротвердость измеряли на поперечных ми-
крошлифах с применением твердомера LECO
M-400 при нагрузке 50 г с шагом 100 мкм в раз-
ных зонах сварных соединений: шов 1, корень шва
и шов 2. Наблюдается повышение значений микро-
твердости от ОМ (HV — 1830…2210 МПа) к ме-
таллу ЗТВ: у образца 1 (He + Ar + Ar) среднее зна-
чение HV — 2372 МПа; у образца 2 (He + N2 + Ar)
— 2373 МПа. У металла шва образца 1 среднее зна-
чение HV — 2673 МПа; у образца 2 — 2880 МПа.
В целом наблюдается повышение уровня микро-
твердости в металле шва образца 2 в сравнении
с металлом шва образца 1 на всех исследуемых
по высоте уровнях. В металле ЗТВ распределе-
ние микротвердости в поверхностных слоях шва
во всем объеме полученного сварного соединения
в обоих образцах практически равномерно. Меха-
нические испытания стыковых сварных соедине-
ний в состоянии после сварки (без термической
обработки) проводили в соответствии с требова-
ниями ГОСТ 1497–84 и ГОСТ 9651–84 на стати-
Рис. 5. Макро- (×2,5) и микроструктура (×500) двухстороннего стыкового сварного соединения (образец 1) сплава техническо-
го титана ВТ1-0 ДШП толщиной 12 мм, упрочненного азотом (0,098 мас. %), полученного в газовой среде He + Ar + Ar: а —
ЗТВ шва 1; б — корня шва; в — шва 2; г — шов 1; д — корень шва; е — шов 2
Рис. 6 Макро- (×2,5) и микроструктура (×500) двухстороннего стыкового сварного соединения (образец 2) сплава техническо-
го титана ВТ1-0 ДШП толщиной 12 мм, упрочненного азотом (0,098 мас. %), полученного в газовой среде He + N2 + Ar (обо-
значения а–е такие же, как на рис. 5)
48 3-4/2015
ческое (кратковременное) растяжение. Испытания
проводили на сервогидравлической испытатель-
ной машине МТS 318.25 (США), позволяющей
проводить нагружение с максимальным усилием
250 кН с погрешностью до ± 0,5. Результаты обра-
батывали при помощи программного обеспечения
TestWorks 4 фирмы «MTS». Точность полученных
результатов ± 0,5%, а по ГОСТ 1497–78 до 1 %.
Испытания проводились на образцах с надре-
зом посередине одним ударом маятникового пнев-
матического копра типа 2130-КМ-03 с номиналь-
ной потенциальной энергией маятника 300 Дж
при температуре 20 °С. Результаты механических
испытаний представлены в табл. 4.
Разрушение образцов после испытаний на стати-
ческое (кратковременное) растяжение в обоих слу-
чаях происходило по основному металлу. Надрезы
образцов для испытаний на ударный изгиб выполне-
ны по шву. Угол загиба для лазерного шва варианта
1 составляет 45º, а для шва варианта 2 почти в 1,5
раза больше и составляет 63º (табл. 1, 4).
На макрофрактограммах поверхностей раз-
рушений после испытаний на статическое растя-
жение в обоих случаях плоский излом, с неболь-
шими следами утяжки на боковых поверхностях
образцов (рис. 8).
Фрактограммы поверхностей разрушений после
испытаний на статическое растяжение показывают
ямочный микрорельеф с уступами. Ямки различ-
ных размеров от 5…10 до 20…30 мкм на поверхно-
сти разрушения образца 1 (рис. 9, а); и от 2…5 до
15…20 мкм на поверхности разрушения образца 2
(рис. 9, б). В обоих случаях наблюдаются участки
вторичного растрескивания (рис. 9).
Макрофрактограммы поверхностей разруше-
ний после испытаний на ударный изгиб образцов
волокнистые, на поверхности разрушения образ-
Т а б л и ц а 4 . Механические свойства двухстороннего
стыкового сварного соединения технического титана ВТ1-0
ДШП толщиной 12 мм, упрочненного азотом (0,098 мас. %)
Иссле-
дуемые
образцы
Механические свойства Угол
заги-
ба, º
σв ,
МПа
σт,
МПа δ, % Ψ, % KCU,
Дж/см2
1 656 562 12 22 45 45
2 677 613 15 37 43 63
Рис. 7. Распределение микротвердости по высоте сварного сое-
динения, ЗТВ и ОМ образцов технического титана ВТ1-0 ДШП
толщиной 12 мм, упрочненного азотом (0,098 мас. %) в газо-
вой среде He + Ar + Ar (1) и He + N2 + Ar (2): а — шов 1; б —
корень шва; в — шов 2 (см. рис. 2)
Рис. 8. Макрофрактограммы поверхностей разрушений после испытаний на статическое растяжение: а — образец сварного
соединения 1; б — образец 2 сплава технического титана ВТ1-0 ДШП толщиной 12 мм, упрочненного азотом (0,098 мас. %)
493-4/2015
ца 1 наблюдаются уступы. Поверхность образца 2
волокнистая плоская (рис. 10).
При анализе фрактограмм поверхностей раз-
рушений после испытаний на ударный изгиб на-
блюдаются глубокие ямки с включениями, явля-
ющимися центрами их зарождения. Наблюдается
смешанный механизм разрушения — сочетание
вторичного межзеренного разрушения и, в случае
1, (рис. 11, а), небольшого количества ямок разме-
ром от 5…10 до 15...20 мкм, в случае 2 (рис. 11,
б) — их большее количество, размером от 2…3 до
5…15 мкм.
В целом, фрактографический анализ показал
смешанный механизм разрушения — сочетание
вторичного межзеренного разрушения и призна-
ков вязкого ямочного характера разрушения [9].
Рис. 9. Фрактограммы поверхностей разрушений после испытаний на статическое растяжение: а — образца сварного соеди-
нения 1; б — образец 2 сварного соединения сплава технического титана ВТ1-0 ДШП толщиной 12 мм, упрочненного азотом
(0,098 мас. %)
Рис. 10. Макрофрактограммы поверхностей разрушений после испытаний на ударный изгиб: а — образец сварного соедине-
ния 1; б — образец 2 сварного соединения сплава технического титана ВТ1-0 ДШП толщиной 12, мм упрочненного азотом
(0,098 мас. %)
Рис. 11. Фрактограммы поверхностей разрушений после испытаний на ударный изгиб: а — образца сварного соединения
1; б — образец 2 сварного соединения сплава технического титана ВТ1-0 ДШП толщиной 12 мм, упрочненного азотом (до
0,098 мас. %)
50 3-4/2015
Выводы
1. Показана возможность получения с применением
двухсторонней лазерной сварки равнопрочных сты-
ковых швов плоского проката ВТ1-0 ДШП толщи-
ной 12 мм, упрочненного азотом (0,098 мас. % ) из
газовой фазы в процессе дугошлакового переплава.
2. Результаты макро-, микроисследований, за-
меры распределения микротвердости НV, оцен-
ка механических свойств при испытании на ста-
тическое растяжение и ударный изгиб (значения
ударной вязкости КСU+20 находятся практически
на одном уровне для обоих случаев, а угол заги-
ба для стыкового лазерного шва 2 (He + N2 + Ar)
почти в 1,5 раза больше, чем для стыкового лазер-
ного шва 1 (He + Ar + Ar), подтверждают высокое
качество и равнопрочность стыковых двухсторон-
них сварных швов: однородность их структуры,
отсутствие трещин, пор и других дефектов, что
свидетельствует о перспективности развития ра-
бот по применению лазерной сварки упрочнен-
ного азотом (до 0,1 мас. %) технического титана
ВТ1-0 ДШП.
1. Металлургия и технология сварки титана и его сплавов
/ С.М. Гуревич, В.Н. Замков, В.Е. Блащук и др. – Киев:
Наук. думка, 1986. – 240 с.
2. Упрочнение титана путем легирования азотом из газовой
фазы в процессе дугошлакового переплава / Б.И. Медо-
вар, В.Я. Саенко, В.И. Кумыш и др. // Пробл. спец. элек-
трометаллургии. – 1994. – № 3-4. – С. 12–17.
3. Свойства толстых плит, прокатанных из листового круп-
нотоннажного слитка титана ВТ1-0 ДШП массой 4,5 т /
Б.И. Медовар, В.Я. Саенко, В.И. Кумыш и др. // Там же.
– 1995. – № 2. – С. 10–14.
4. Arc-slag remelting of steel and alloys / B.I. Medovar, V.Ja.
Saenko, G.M. Grigorenko et. al. – Cambridge: Intem. Sci.
Publ, 1996. – 160 c.
5. Электронно-лучевая сварка листового технического ти-
тана ВТ1-0, упрочненного азотом в процессе дугошлако-
вого переплава / В.Я. Саенко, А.А. Полишко, В.А. Ряби-
нин, С.Н. Степанюк // Автомат. cварка. – 2014. – № 11.
– С. 50–53.
6. Laser welding of titanium alloys / B.E. Paton, V.D. Shelygin,
S.V. Akhonin еt al. // The Paton Welding J. – 2008. – № 7.
– P. 30–34.|
7. Сварка титановых сплавов гибридным способом с ис-
пользованием излучения ND;YAG- лазера и дуги с непла-
вящимся электродом / В.Д. Шелягин, С.В. Ахонин, В.Ю.
хаскин, В.Ю. Белоус // Laser Technologies in Welding and
Materials Processing. – Kiev: Intern. Association «Welding»
2013. – C. 96–100.
8. Лазерно-плазменная сварка нержавеющих сталей/
И.В. Кривцун, В.Д. Шелягин, А.Н. Бушма и др. // Laser
Technologies in Welding and Materials Processing. – Kiev:
Intern. Association «Welding» 2013. – C. 44–47.
9. Феллоуза Дж. Фрактография и атлас фрактограмм /
Справ. изд: пер. с англ. / Под ред. Дж. Феллоуза. – М.:
Металлургия, 1982. – 488 с.
Поступила в редакцию 11.02.2015
Уважаемые коллеги!
15-я Международная научно-техническая конференция
ИНЖЕНЕРИЯ ПОВЕРХНОСТИ И РЕНОВАЦИЯ ИЗДЕЛИЙ (М15-2)
01–05 июня 2015 г. Отель-курорт «Рута»,
Затока, Одесская обл.
Тематика конференции:
♦ Научные основы инженерии поверхности:
материаловедение
физико-химическая механика материалов
физико-химия контактного взаимодействия
износо- и коррозионная стойкость, прочность поверхностного слоя
функциональные покрытия и поверхности
технологическое управление качеством деталей машин
вопросы трибологии в машиностроении
♦ Технология ремонта машин, восстановления и упрочнения деталей
♦ Метрологическое обеспечение ремонтного производства
♦ Экология ремонтно-восстановительных работ
В рамках конференции будет проведен семинар
Сварка, наплавка и другие реновационные технологии
на предприятиях горно-металлургической,
машиностроительной промышленности и на транспорте
Тематика семинара:
♦ Сварка при изготовлении и ремонте деталей: оборудование, материалы, технологии
♦ Наплавка при восстановлении и упрочнении деталей: оборудование, материалы, технологии
♦ Родственные реновационные процессы: оборудование, материалы, технологии
|