К вопросу образования трещин при лазерно-гибридной сварке

Abstract

While the laser-hybrid welding of steel with a thickness of 18 mm, the main problems are the cracks, which often appear in the centre of the weld seam. To solve the problem it is necessary to provide orientation of the crystallization by numerical simulation of the process of laser-hybrid welding with various forms of the laser beam. The studied factors are the temperature cycle of the welding, the cooling rate at different points of the weld seam and the propensity for cracks formation. Having the estimation of cooling rates at different points of the weld seam and temperature fields, it is possible to conclude about enforcing the principle of orientation of crystallization. In conditions of a rectangular-shaped cross-section of the weld seam, the solidification goes from the edges to the center of the seam, which prevents the resulting shrinkage crack to get the new batch of molten metal for filling. In conditions of a pointed form with the extension in the upper part, the bottom of the weld pool solidifies firstly and moves the crystallization front up, thereby squeezing out the crack from the middle of the seam to the upper part, which is produced by the arc while the laser-hybrid welding and completely melted. With the help of the numerical simulation of laser-hybrid welding there were obtained the values of cooling rates and temperature fields in the various forms of the laser beam, what allowed to establish the propensity for cracks formation and to recommend the optimum mode of laser-hybrid welding.

При лазерно-гибридной сварке стали толщиной 18 мм основной проблемой являются трещины, которые часто проявляются в центре сварного шва. Для их устранения необходимо обеспечить направленность кристаллизации путем численного моделирования процесса лазерно-гибридной сварки с различными формами лазерного луча. Исследуемыми факторами являются температурный цикл сварки, скорости охлаждения в различных точках сварного шва и склонность к образованию трещин. Сделав оценку скоростей охлаждения в различных точках сварного шва и полей температур можно сделать выводы об обеспечении принципа направленности кристаллизации. Если при прямоугольной форме сечения сварного шва затвердевание идет от краев к центру шва, что не позволяет образовавшейся при усадке трещине получать новые порции жидкого металла для ее заполнения, то при кинжальной форме с расширением в верхней части низ сварочной ванны затвердевает в первую очередь и двигает фронт кристаллизации вверх, тем самым выдавливая дефекты из середины шва в верхнюю часть, которая при лазерно-гибридной сварке выполняется дугой и полностью переплавляется. Численным моделированием процесса лазерно-гибридной сварки получены значения скоростей охлаждения и полей температур при различных формах лазерного луча, что позволило установить склонность к образованию трещин и рекомендовать оптимальный режим лазерно-гибридной сварки.