Структура и механические свойства сварных соединений стали 14хгн2мдафб при лазерной сварке

Abstract

RU: Цель. В настоящее время при изготовлении сварных конструкций ответственного назначения получили прогрессивные технологии лазерной сварки, которые позволяют получать качественные сварные соединения с использованием высоких скоростей сварки в диапазоне скоростей охлаждения 30…100ºС/с, что значительно (более чем в два раза по сравнению с дуговой сваркой) повышает производительность процесса и обеспечивает повышение показателей механических свойств сварных соединений. Целью настоящей работы было исследование особенностей фазовых и структурных изменений в металле сварных соединений высокопрочной стали, полученных лазерной сваркой и оценке влияния технологических параметров лазерной сварки на формирующуюся структуру и механические свойства сварных соединений. Методика. Исследования выполнялись на сварных соединениях высокопрочной стали 14ХГН2МДАФБ. Сварные соединения получали в условиях различных скоростей (18…50 м/ч) лазерной сварки с применением технологического СО2-лазера с длиной волны 10,6 мкм (диаметр фокального пятна 0,4 мм) без использования присадочных материалов. Во всех случаях мощность лазерного излучения составляла 4,4 кВт в смеси защитных газов (18% СО2 + 82% Аr). Структурно-фазовые изменения в металле швов и зонах термического влияния изучали методами оптической металлографии (микроскопы Versamet-2, Neophot-32) и аналитической растровой электронной микроскопии (сканирующий микроскоп SEM-515 фирмы PHILIPS, Нидерланды). Результаты. На основе экспериментальных данных, полученных на различных структурных уровнях, выполнены аналитические оценки влияния конкретных структурных параметров (фазового состава, зеренной и субзеренной структур) на механические свойства сварных соединений в зависимости от режимов лазерной сварки. Научная новизна. Определены технологические режимы лазерной сварки высокопрочной стали 14ХГН2МДАФБ, которые обеспечивают оптимальную структуру и фазовый состав и тем самым высокие показатели механических свойств сварных соединений. Практическая значимость. Полученные результаты показали перспективность применения технологических режимов лазерной сварки, при которых обеспечивается необходимый комплекс механических свойств сварных соединений путем формирования наиболее благоприятной структуры металла шва и зоны термического влияния.

UK: Мета. В теперішній час при виготовленні зварних конструкцій відповідального призначення отримали прогресивні технології лазерного зварювання, які дозволяють отримувати якісні зварні з’єднання з використанням високих швидкостей зварювання в діапазоні швидкостей охолодження 30…100°С/с, що значно (більш ніж у два рази в порівнянні з дуговим зварюванням) підвищує продуктивність процесу та забезпечує підвищення показників механічних властивостей зварних з’єднань. Метою цієї роботи було дослідження особливостей фазових та структурних змін в металі високоміцної сталі, що були отримані лазерним зварюванням та оцінка впливу технологічних параметрів лазерного зварювання на структуру, що формується, та механічні властивості зварних з’єднань. Методика. Дослідження виконувались на зварних з’єднаннях високоміцної сталі 14ХГН2МДАФБ. Зварні з’єднання отримали в умовах різних швидкостей (18…50 м/г) лазерним зварюванням зі застосуванням технологічного СО2-лазера з довжиною хвилі 10,6 мкм (діаметр фокальної плями 0,4 мм) без використання присадних матеріалів. У всіх випадках потужність лазерного випромінювання складала 4,4 кВт у суміші захисних газів (18% СО2 + 82% Аr). Структурно-фазові зміни у металі швів та зонах термічного впливу вивчали методами оптичної металографії (мікроскопи Versamet-2, Neophot-32) та аналітичної растрової електронної мікроскопії (скануючий мікроскоп SEM-515 фірми PHILIPS, Нідерланди). Результати. На основі експериментальних даних, отриманих на різних структурних рівнях, виконані аналітичні оцінки впливу конкретних структурних параметрів (фазового складу, зеленної та субзеренної структур) на механічні властивості зварних з’єднань в залежності від режимів лазерного зварювання. Наукова новизна. Визначено технологічні режими лазерного зварювання високоміцної сталі 14ХГН2МДАФБ, що забезпечують оптимальну структуру та фазовий склад та тим самим високі показники механічних властивостей зварних з’єднань. Практичне значення. Отримані результати показали перспективність застосування технологічних режимів лазерного зварювання, при котрих забезпечується необхідний комплекс механічних властивостей зварних з’єднань шляхом формування найбільш сприятливої структури металу швів та зонах термічного впливу.

EN: Purpose. Nowadays, in the manufacture of welded structures of a responsible design, progressive laser welding technologies, which allow obtaining high-quality welded joints by using high welding speeds in the cooling speed range of 30...100°C/s, have been obtained. This significantly increases (more than doubled compared with arc welding) the productivity of the welding process and provides an improvement in the mechanical properties of welded joints. The purpose of this work was to study the features of phase and structural changes in the metal of welded joints of high-strength steel obtained by laser welding and to estimate the effect of laser welding technological parameters on the formed structure and mechanical properties of welded joints. Techniques. The investigations were carried out on welded joints of high-strength 14KhGN2MDAFB steel. Welded joints were obtained at different speeds (18...50 m/h) of laser welding using a technological CO2-laser with a wavelength of 10.6 μm (focal spot diameter 0.4 mm) without the use of filler materials. Structural-phase and concentration changes in chemical elements in the weld metal and in the heataffected zone were studied by methods of optical metallography (microscopes Versamet-2, Neophot-32) and analytical scanning electron microscopy (scanning electron microscope SEM-515 from PHILIPS, The Netherlands). Results. Based on obtained experimental data on different structural levels, analytical estimates were made that show the influence of specific structural parameters (phase composition, grain and subgrain structures) on the mechanical properties of welded joints depending on the laser welding regimes. Scientific novelty. Technological regimes of laser welding of high-strength 14KhGN2MDAFB steel have been determined, which provide the optimal structure and phase composition and thus high indicators of mechanical properties of welded joints. Practical significance. The obtained results showed the prospects of using technological modes of laser welding, which provide the necessary complex of mechanical properties of welded joints by forming the most favorable structure of the weld metal and the heat affected zone.