Исследование структурно-фазовых превращений металла шва и зоны термического влияния при лазерной сварке

Темой исследования являются вопросы формирования микроструктуры металла сварного шва и зоны термического влияния при лазерной сварке. Особое внимание уделяется термическим циклам сварки, проходящим в этих зонах, так как структурно-фазовые превращения металла шва определяются температурно-временными параметрами, которые происходят собственно в зоне шва и в зоне термического влияния. Поскольку термические циклы существенно отличаются по глубине и ширине шва, то и механические свойства соединения будут определяться локальными изменениями структуры металла шва и около-шовной зоны. Разработана математическая модель и исследованы вопросы формирования фазового состава зоны шва и зоны термического влияния при лазерной сварке. На основе численного моделирования тепловых процессов и структурно-фазовых превращений металла шва и зоны термического влияния, сопровождающих лазерную сварку, предлагается метод количественной оценки объемной доли структурно-фазовых составляющих металла шва и зоны термического влияния. Предложенный алгоритм расчета позволяет избежать решения уравнения для определения объемной доли структурно-фазовых составляющих металла на каждом шаге вычислений. Экспериментальные исследования подтвердили, что предлагаемый подход к проблеме количественной оценки объемной доли структурнофазовых составляющих металла шва и зоны термического влияния позволяет прогнозировать соотношение фаз в различных точках лазерного сварного соединения.

1. Shipbuilding companies see the future in lasers [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.inngulaser.net/a/NEWS_CENTER/Industry_News/131.html (дата обращения: 05.06.2023).

2. Oliveira A. Implementation of new production processes in panel’s line / A. Oliveira, J. M. Gordo // Maritime Transportation and Harvesting of Sea Resources. — 2018. — Pp. 763–773.

3. Steshenkova N. A. Laser technologies in modern shipbuilding / N. A. Steshenkova, N. A. Nosyrev // Laser in Manufacturing Conference. — Munich, 2017.

4. Wei H. L. Fusion zone microstructure and geometry in completejoint-penetration laser-arc hybrid welding of low-alloy steel / H. L. Wei, J. J. Blecher, T. A. Palmer, T. Debroy // Welding Journal. — 2015. — Vol. 94. — Is. 4. — Pp. 135–144.

5. Chen L. Numerical and experimental investigation on microstructure and residual stress of multi-pass hybrid laser-arc welded 316L steel / L. Chen, G. Mi, X. Zhang, C. Wang // Materials & Design. — 2019. — Vol. 168. — Pp. 107653. DOI: 10.1016/j.matdes.2019.107653.

6. Касаткин О. Г. Расчетные модели для определения критических точек стали / О. Г. Касаткин, Б. Б. Винокур // Металловедение и термическая обработка металлов. — 1984. — № 1. — С. 20–22.

7. Lehto P. EBSD datasets for low-alloy steel weld metals — Arc, Laser, and Laser-hybrid welding / P. Lehto // Zenodo. — 2021. DOI: 10.5281/zenodo.5054204.

8. Григоренко Г. М. Прогнозирование температур фазовых превращений аустенита в высокопрочных низколегированных сталях / Г. М. Григоренко, В. А. Костин // Современная электрометаллургия. — 2013. — № 1. — С. 33–39.

9. Ольшанская Т. В. Выбор основных критериев термического цикла для методов прогнозирования структуры сварных швов при электроннолучевой сварке / Т. В. Ольшанская, Е. М. Федосеева // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. — 2019. — Т. 21. — № 2. — С. 73–81. DOI: 10.15593/2224-9877/2019.2.09.

10. Макарчук Н. В. Моделирование формирования первичной макроструктуры сварного шва при лазерной сварке / Н. В. Макарчук, А. В. Макарчук, В. Н. Старцев // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2022. — Т. 14. — № 2. — С. 281–295. DOI: 10.21821/2309-5180-2022-14-2-281-295.

11. Kirkaldy J. S. Prediction of microstructure and hardenability in low alloy steels / J. S. Kirkaldy // Proceedings of the International Conference on Phase Transformation in Ferrous Alloys, 1983. — AIME: New York, 1984. — Рp. 125–148.

12. Kirkaldy J. S. Diffusioncontrolled phase transformations in steels. Theory and applications / J. S. Kirkaldy // Scandinavian Journal of Metallurgy. — 1991. — Vol. 20. — Pp. 50.

13. Li M. V. A computational model for the prediction of steel hardenability / M. V. Li, D. V. Niebuhr, L. L. Meekisho, D. G. Atteridge // Metallurgical and Materials transactions B. — 1998. — Vol. 29. — Pp. 661–672. DOI: 10.1007/s11663-998-0101-3.

14. Liu S. Correlation of high power laser welding parameters with real weld geometry and microstructure / S. Liu, G. Mi, F. Yan, C. Wang, P. Jiang // Optics & Laser Technology. — 2017. — Vol. 94. — Pp. 59–67. DOI: 10.1016/j.optlastec.2017.03.004.

15. Gorni A. A. Steel forming and heat treating handbook / A. A. Gorni. — 2015. DOI: 10.13140/RG.2.1.1695.9764.

16. Celada-Casero C. The role of the austenite grain size in the martensitic transformation in low carbon steels / C. CeladaCasero, J. Sietsma, M. J. Santofimia // Materials & Design. — 2019. — Vol. 167. — Pp. 107625. DOI: 10.1016/j.matdes.2019.107625.