On the issue of selecting and optimizing parameters of continuous laser welding of cast iron

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 23 No. 3 2021 23 TECHNOLOGY Т а б л и ц а 2 Ta b l e 2 План эксперимента Design of experiment Образец / Sample Мощность излучения , кВт / Laser power, kW Скорость сварки , мм / с / Welding speed, mm/s 1 0,7 50 2 1,3 20 3 0,575 35 4 1,0 56 5 1,0 14 водили на компьютеризированном комплексе , созданном на базе металлографического микро - скопа Leica DM IRM. Количественную оценку геометрических параметров швов проводили в программе для количественного анализа и обра - ботки изображений ImageJ. Результаты и их обсуждение Зона лазерного воздействия состоит из двух слоев : зоны плавления и зоны закалки из твер - дой фазы ( рис . 1). Зона отпуска на полученных образцах выявлена не была . Включения графита частично или полностью ( в зависимости от режима обработки ) раство - рились в жидкой фазе , кристаллизация прошла Рис . 1. Микроструктура образца № 5: 1 – исходная структура ; 2 – зона закалки из твердой фазы ; 3 – зона плавления ; 4 – дефект сварки Fig. 1. Microstructure of sample No. 5: 1 – source material; 2 – hardening area; 3 – penetration area; 4 – welding defect по метастабильной диаграмме железо - углерод без выделения свободного графита . Из - за вы - сокой скорости кристаллизации выделение из - быточных фаз было подавлено , в результате весь расплав перешел в мелкодисперсную смесь аустенита и цементита ( квазиэвтектический ле - дебурит ). Точное аналитическое описание процессов гидродинамики , тепло - и массопереноса в сва - рочной ванне , оказывающих влияние на гео - метрию шва , ввиду их сложности оказывается непростой задачей . Поэтому для оптимизации параметров сварки удобно строить упрощенные математические модели . С этой целью провели регрессионный анализ полученных данных , ре - зультаты которого представлены в табл . 3. Регрессионные модели объясняют значитель - ную долю дисперсии зависимых переменных . Коэффициенты регрессии , как и сама модель , статистически значимы . Предпосылки регрес - сионного анализа относительно каждой модели выполняются . Все это свидетельствует о тесной линейной взаимосвязи между геометрией шва и параметрами процесса . Высокая мощность излучения и одновремен - но высокая скорость сварки обеспечивают наи - меньшую ширину сварочной ванны и получение « кинжального » проплавления ( рис . 2). Таким образом , могут быть получены узкие глубокие швы . Из - за низкой теплоемкости графитные включения нагреваются до значительно более высокой температуры по сравнению с основным металлом . Испарение металла и сублимация графита вызывают избыточное давление в кана - ле шва , что приводит к вытеснению расплава из сварочной ванны , в результате в этой области об - разуются несплошности значительных размеров преимущественно в корневой части шва . При этом выпуклость валика существенно увеличи - вается . Снижение скорости движения лазера при вы - сокой мощности излучения увеличивает ширину сварочной ванны и уменьшает глубину проплав - ления . В результате образуется широкий валик с малой выпуклостью . Объемы несплошностей в зоне плавления значительно сокращаются ( рис . 1). Однако уменьшение отношения глуби - ны проплавления к ширине шва повышает уро - вень растягивающих напряжений , возникающих при усадке чугуна в сварочной ванне . Снижение