МОДЕЛИРОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ ПЕРВИЧНОЙ МАКРОСТРУКТУРЫ СВАРНОГО ШВА ПРИ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКЕ

Предметом предлагаемого исследования является лазерное оборудование, имеющее большие возможности в создании инновационных технологий в судостроении. Отмечается, что ведущую роль среди разработанных технологий играют технологии лазерной и лазерно-дуговой сварки. Так, по сравнению с дуговой сваркой лазерная и лазерно-дуговая сварки увеличивают ее скорость в 2-3 раза, а уменьшение стыковых зазоров ведет к снижению потребности в сварочных материалах. В статье рассматриваются подходы к созданию модели прогнозирования структуры металла и механических свойств сварного соединения при лазерной сварке. Это позволит на стадии подготовки производства установить режимы сварки и получить заданные проектировщиком свойства сварных соединений. В основе данной модели лежат математические расчеты теплового режима сварки и процесса кристаллизации сварных швов. Используется математическая модель лазерной сварки с учетом наличия парогазового канала, позволяющего излучению лазера проникать на всю толщину сварного шва, что обеспечивает формирование глубокого узкого шва. Результаты выполненного расчета позволяют определить форму ванны проплавления и положение основных температурных линий в зоне термического влияния. Для лучевых методов сварки предлагается аппроксимировать поверхность ванны расплава (фронт кристаллизации) кубическим сплайном. Достоинством данного метода аппроксимации является то, что моделирование всей формы поверхности выполнено наиболее точно и полностью, что позволяет построить всю поверхность ванны, без исключения каких-либо частей. На основе такого сплайна рассчитываются преимущественное направление и скорость роста кристаллитов в направлении сварки, а также находятся интегральные характеристики формирующейся первичной макроструктуры металла шва. На основе использования критериев, характеризующих процесс кристаллизации, дан прогноз макроструктуры металла шва.

лазерная резка, лазерное излучение, инновационные технологии, лазерно-дуговая сварка, судовые конструкции, сварное соединение, гидродинамика, газодинамика, термический цикл, зона термического влияния, первичная макроструктура шва

1. Jasnu U. High-power fibre laser in shipbuilding. New aplication are established in Europe shipyards / U. Jasnu, R. Gaede // Laser Technic Journal. - 2008. - Vol. 3.

2. Salminen A. The effect of welding parameters on keyhole and melt pool behavior during laser welding with high power fiber laser / A. Salminen, J. Lehtinen, P. Harrko // International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics. - Laser Institute of America, 2008 - Is. 1. - Pp. 703. DOI: 10.2351/1.5061333.

3. Kaplan A. A Model of deep penetration laser welding based on calculation of the keyhole profile / A. Kaplan // Journal of physics D: Applied Physics. - 1994. - Vol. 27. - Is. 9. - Pp. 1805-1814.

4. Dowden J. A mathematical investigation of the penetration depth in keyhole welding with continuens CO2 lasers /j. Dowden, P. Kapadia // Journal of physics D: Applied Physics. - 1995. - Vol. 28. - Is. 11. - Pp. 2252-2261.

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

6. Wolf M. Influence of the weld pool geometry on solidification crack formation / M. Wolf, H. Schobbert, Th. Böllinghaus // Hot Cracking Phenomena in Welds. - Springer, Berlin, Heidelberg, 2005. - Pp. 245-268. DOI: 10.1007/3-540-27460-X_13.

7. Труханов К. Ю. Исследование влияния формы сварочной ванны на опасность возникновения горячих трещин / К. Ю. Труханов, А. В. Царьков // Сварка и диагностика. - 2014. - № 1. - С. 27-31.

8. Ситников Б. В. Формирование стойкости сварных швов против образования горячих трещин при сварке с повышенной скоростью / Б. В. Ситников, В. П. Маршуба // Сварочное производство. - 2021. - № 2. - С. 11-18.

9. Farrar J. C. M. Hot cracking tests - The route to International Standardization // Hot cracking phenomena in welds. - Springer, Berlin, Heidelberg, 2005. - Pp. 291-304.

10. Hu L. H. Effects of preheating temperature on cold cracks, microstructures and properties of high power laser hybrid welded 10Ni3CrMoV steel / L. H. Hu [et al.] // Materials & Design. - 2011. - Vol. 32. - Is. 4. - Pp. 1931-1939. DOI: 10.1016/j.matdes.2010.12.007.

11. Башенко В. В. Метод решения трехмерных задач по формированию первичной кристаллической макроструктуры сварных швов / В. В. Башенко, В. В. Плошихин // Физика и химия обработки материалов. - 1996. - № 5. - С. 18-22.

12. Язовских В. М. Моделирование макроструктуры и особенности кристаллизации металла при электронно-лучевой сварке с глубоким проплавлением / В. М. Язовских, Т. В. Ольшанская // Вестник ПГТУ. Сварка. - 2002. - С. 164-184.

13. Кархин В. А. Тепловые процессы при сварке. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2013. - 646 с.

14. Язовских В. М. Особенности кристаллизации металла при электронно-лучевой сварке с глубоким проплавлением / В. М. Язовских [и др.] // Сварочное производство. - 1999. - № 1. - С. 3-7.

15. Osio A. S. The effect of solidification on the formation and growth of inclusions in low carbon steel welds / A. S. Osio, S. Liu, D. L. Olson // Materials Science and Engineering: A. - 1996. - Vol. 221. - Is. 1-2. - Pp. 122-133. DOI: 10.1016/S0921-5093(96)10466-4.

16. DebRoy T. Physical processes in fusion welding / T. DebRoy, S. A. David // Reviews of modern physics. - 1995. - Vol. 67. - Is 1. - Pp. 85-103. DOI: 10.1103/RevModPhys.67.85.