Введение 8
1 Лазерная сварка в современном промышленном производстве 9
1.1 Способы сварки низкоуглеродистых коррозионностойких сталей 12
1.2 Технологические особенности процесса лазерной сварки 14
1.3 Закономерности формирования структуры и свойств неразъёмных
соединений, полученных лазерной сваркой 20
1.4 Свойства и классификация коррозионностойких жаропрочных сплавов 20
1.5 Влияние легирующих элементов на структуру и свойства
коррозионностойких жаропрочных сплавов 22
1.6 Виды и способы упрочнения коррозионностойких сплавов 25
1.7 Влияние термической обработки на качество сварных соединений 28
1.8 Технологическая прочность и концентрация напряжений в сварных
соединениях 30
1.9 Области применения 38
1.10 Постановка задачи исследования 41
2 Выбор материала, оборудования и методик для проведения исследования 42
2.1 Химический состав и механические свойства сплава ХН50ВМКТЮР .. 42
2.2 Оборудование для выполнения лазерной сварки 44
2.3 Проектирование установки для роботизированной лазерной сварки 46
2.3.1 Создание экспериментальной стационарной сварочной установки .. 46
2.3.2 Проектирование и изготовление необходимого оснащения 47
2.3.3 Изготовление оснащения 48
2.3.4 Сборка подвижного сварочного приспособления на робот ABB robotics... 49
2.4 Подготовка поверхности металла и оборудования к процессу лазерной
сварки 50
2.5 Отработка технологических параметров лазерной сварки 51
2.6 Отработка режимов лазерной сварки стыковых соединений на примере
материала 12Х18Н10Т 52
2.7 Апробация разработанных режимов лазерной сварки на материале
ХН50ВМКТЮР 55
2.8 Магнитоанизатропный метод определения механических напряжений с
помощью прибора «StressVision» 56
3 Металлографические исследования коррозионностойких сталей и сплавов на различных этапах формирования сварного соединения 61
3.1 Оптическая металлография сварного соединения, полученного
различными способами сварки 61
3.2 Структура образцов, полученных при апробации разработанных
режимов лазерной сварки на материале ХН50ВМКТЮР 66
3.3 Результаты металлографических исследований лазерных сварных
соединений жаропрочных сплавов
4 Механическое поведение сварных соединений, полученных лазерной
сваркой 71
4.1 Анализ механических свойств на различных этапах процесса лазерной
сварки 71
4.2 Визуализация распределения остаточных напряжений в сварном шве и
различных зонах термического влияния 72
4.3 Термическая обработка сварных соединений выполненных лазерной
сваркой 75
4.3.1 Отжиг 2-го рода жаропрочных сплавов 76
4.3.2 Закалка жаропрочных сплавов 76
4.3.3 Старение жаропрочных сплавов 77
4.4 Сравнительный анализ напряженного состояния тонкостенной сварной
конструкции 78
Заключение 81
Списка использованных источников 82
Приложение
В настоящее время лазерные технологии в современном производстве
закономерно пользуются большим спросом, как у крупных производителей,
так и в малых фирмах, поскольку они обеспечивают целый ряд преимуществ,
непосредственно влияющих на потребительские характеристики продукции:
позволяют повысить качество, производительность, снизить себестоимость,
обеспечить экологическую чистоту производства.
С появлением мощных оптоволоконных лазеров возникли новые возможности использования лазерных технологий в машиностроении. За счет
целого ряда факторов лазерная сварка эффективно применяется в области
производства деталей авиационной промышленности, позволяя создавать
компоненты нового поколения, а также эффективно заменять традиционные
методы сварки, обеспечивая ряд технологических преимуществ процесса: характерные скорости сварки могут достигать до 2000 м/час; зона термического
влияния ограничена площадью лазерного пятна, что обеспечивает высокую
технологическую прочность и пластичность сварных соединений, минимальные деформации и остаточные напряжения; широкий спектр свариваемый
материалов: от высоколегированных высокоуглеродистых марок стали до
сплавов меди и титана, керамики и стекла; возможность сварки разнородных
материалов; хорошая управляемость и гибкость процесса; перемещение луча
по поверхности детали любой траектории; возможность полной автоматизации.
Развитие современной робототехники в совокупности с лазерной технологией сварки позволило минимизировать влияние «человеческого фактора» при выполнении операций сварки, расширить спектр модифицируемых и
контролируемых в процессе работы параметров (вид и длину сварного шва,
расположение шва в пространстве, определение последовательности выполнения операций, время подачи защитного газа до начала и после окончания
сварки, данные для автоматического высвобождения проволоки при приварке, скорость подачи и оттягивания проволоки, геометрию шва) [1].
Таким образом, появилась возможность перевести сварку крупногабаритных тонкостенных конструкций на новый уровень качества. Учитывая,
что перспективные летательные аппараты должны обладать скоростью от ~
6000 км/ч, а условия работы на таких скоростных режимах связаны с жёсткими требованиями к аэродинамике, высокой рабочей температурой
(от 700 ⁰С) и вибрационными нагрузками, отработка режимов роботизированной лазерной сварки пространственных сварных соединений тонкостенных изделий из жаропрочных сталей становится все более востребованной и
актуальной, требующей применения новых конструктивно-технологических
решений и материалов.
В процессе выполнения выпускной квалификационной работе получены следующие основные результаты:
1. Спроектирована компоновка экспериментальной установки сварки
на базе роботизированного лазерного комплекса. На основании натурного
макетирования были получены значения оптимальных углов и вылета приспособлений, определены требования к необходимому для проведения эксперимента оснащению.
2. По результатам проработки компоновки установки и изучения технологических возможностей робота – манипулятора, разработано технологическое оснащение, установлены оптимальные требования по массогабаритным и прочностным параметрам, на основании которых изготовлено технологическое оборудование для отработки технологии роботизированной лазерной сварки, синхронизированы режимы работы сварочного оборудования.
3. На примере жаропрочного сплава ХН50ВМКТЮР апробированы режимы лазерной сварки с использованием присадочной проволоки и режимы
получения продольных стыковых соединений контактной сваркой. Выполнено сравнение полученных результатов с традиционными способами сварки.
4. Исследована микроструктура и механические свойства образцов
сварных соединений, полученных на различных режимах и параметрах лазерной сварки. Результаты металлографии, контроль распределения микротвердости и технологической прочности показали, что лазерная сварка коррозионностойких сплавов на никелевой основе со скоростью охлаждения в
пределах 2000 оС/с, оказывает положительное влияние на устойчивость сварных соединений к образованию кристаллизационных трещин, по причине
образования дисперсной структуры сварного соединения.
5. С точки зрения равномерного распределения упрочнения и минимизации напряжений в зоне сварного соединения оптимальным является контактный способ лазерной сварки без присадочной проволоки, так как он
обеспечивает формирование показателей твердости, прочности и ударной
вязкости сварного соединения и околошовной зоны на уровне металлической
основы сплава.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
