Дослідження лазерного зварювання тонколистових таврових з’єднань у різних просторових положеннях

Abstract

Таврові з’єднання є одним з основних видів конструктивних елементів у тонкостінних складнопрофільних конструкціях суден, що забезпечують необхідну жорсткість і міцність при мінімальній масі. Вони широко використовуються у корпусних і надбудовних елементах, де важливими є рівномірний розподіл напружень, формування галтелей та відсутність дефектів у зоні зварного з’єднання. Метою даної роботи було дослідження технологічних схем лазерного зварювання таврових зварних з’єднань з тонколистової жароміцної сталі AISI 321 у різних просторових положеннях та визначення впливу параметрів зварювання на геометричні, структурні та механічні характеристики зварних швів. Досліджувалися технологічні схеми зварювання у нижньому та вертикальному просторових положеннях, виконані як у неперервному, так і імпульсному режимі генерації лазерного випромінювання, з варіюванням потужності, швидкості зварювання та розфокусування лазерного пучка. Візуальний, радіографічний та металографічний контроль здійснювавсявідповіднодоISO13919-1:1996та ISO17639:2003, авипробуванняна статичнийрозтяг– за ISO 6892-1:2016. Результати досліджень показали, що для нижнього просторового положення найбільш перспективними є технологічні схеми із двома проходами та імпульсним режимом зварювання, якізабезпечують гарантоване формування галтелей з обох сторін від ребра, рівномірний перехід полиця–ребро та високий рівень механічних властивостей. Зразки, зварені за схемами №1 та №2, показали міцність, що перевищує міцність основного металу, проте додаткові проходи, як у схемі №3, призводили до зниження опору руйнуванню через повторне нагрівання та охолодження металу шва. Для вертикального просторового положення встановлено, що стабільне формування шва та галтелей досягається у більш широкому діапазоні параметрів, ніж у нижньому положенні. Зразки, зварені за технологічними схемами №4–№7, відповідали високому рівню якості «В», при цьому переважна більшість руйнувалася по основному металу ребра, що свідчить про високі механічні характеристики зварних з’єднань. Найкращі показники отримані за схемами із двома основними проходами та додатковим «розгладжуючим» проходом, які забезпечують стабільну геометрію шва та гарантоване формування галтелей з обох сторін. Зварювання у вертикальному положенні забезпечує менший розкид значень опору руйнуванню (на 10–20% вище середніх значень, ніж у нижньому положенні) та більш стабільне формування швів. Металографічні дослідження показали формування аустенітної дендритної структури в зоні шва із рівномірним розміром кристалітів у переході полиця– ребро, а радіографічний контроль засвідчив відсутність внутрішніх дефектів у зварних швах високої якості. Порівняння схем зварювання показало, що оптимальними для промислового застосування є технологічні рішення, що забезпечують мінімальний вплив гравітації на формування з’єднання та контрольовану геометрію галтелей.