36
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2012
Исследуемые в статье материалы АД37, В-1424, В96Ц термо-
упрочняемы и поэтому используются в конструкциях в состоянии за-
калки и искусственного старения. После сварки таких материалов в
результате фазовых и структурных превращений наблюдается их
разупрочнение в шве и околошовной зоне. В связи с этим важнейшей
задачей является минимизация теплового воздействия лазерного излу-
чения на свариваемый материал. Оценить такое воздействие можно
следующими параметрами: форма и размеры сварочной ванны; темпе-
ратура в ближайших точках, прилегающих к шву (околошовная зона);
время пребывания металла в этих точках при данных температурах;
скорость кристаллизации и охлаждения металла сварочной ванны.
Для анализа тепловых процессов, происходящих в металле при
лазерной сварке, использован соответствующий математический ап-
парат, на основе которого создана компьютерная программа, позво-
ляющая моделировать и рассчитывать параметры процесса лазерной
сварки [5]. С помощью такой методики были определены размеры
сварочной ванны, критические температуры, до которых нагреваются
различные участки сварочной ванны и околошовной зоны, термополя
и термоциклы в этих точках, скорости охлаждения.
На рис. 1,
а
,
показана расчетная зависимость максимальной тем-
пературы нагрева материала околошовной зоны на различных участ-
ках удаления от зоны сплавления в зависимости от скорости сварки.
Расчеты проводились для материала В-1424 при сквозном проплав-
лении листа толщиной 2,0 мм.
Установлено, что на расстоянии 1,0 мм, начиная со скорости
2,0
м/мин, температура материала околошовной зоны нагревается не
более 400 °С. Максимальный нагрев на расстоянии 0,5 мм при скорости
2,0
м/мин составил не более 500 °С. В то же время, при аргонодуговой
сварке на оптимальной скорости 0,5 м/мин значение температуры около
400
°С достигается на расстоянии до 10 мм [3]. Из приведенной зависи-
мости (см. рис. 1,
а
)
ясно, что при лазерной сварке в интервале скоро-
стей 2…8 м/мин при удалении от зоны сплавления более чем на
2
мм опасные температуры не достигаются. Все фазовые и структурные
превращения происходят в зоне сплавления и на расстоянии от нее, не
превышающем 2,0 мм, если скорость сварки больше 2 м/мин. При ско-
рости 0,8 м/мин опасная зона увеличивается до 3 мм.
Кроме максимального значения температуры на термодеформа-
ционное состояние околошовной зоны влияет время пребывания при
этой температуре. Зависимости времени пребывания при значениях
температуры 300…400 °С на различных участках околошовной зоны
в зависимости от скорости сварки представлены на рис. 1,
б
.
Время
пребывания при опасных для данных материалов значениях темпера-
туры 300…400 °С незначительно и составляет не более 0,5 с на рас-
стоянии 0,5…1,0 мм от зоны сплавления при скорости сварки около
2,0
м/мин. При высоких скоростях сварки и на больших расстояниях
время пребывания материала составляет не более 0,1 с. Для сравне-