Obrabotka Metallov 2018 Vol. 20 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 20 № 3 2018 124 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ сварку, которая по сравнению с другими род- ственными процессами сварки отличается дози- рованным тепловложением и высокой скоростью нагрева, что позволяет значительно уменьшить локальный объем расплавленного металла, а до- статочно высокая интенсивность лазерного из- лучения обеспечивает проплавление металла на значительную глубину [1]. Структура сварных швов, полученных лазерной сваркой, обычно со- стоит из зоны первичной кристаллизации и зоны термического влияния, в которой принято разли- чать зону перегрева, образующуюся в результате контакта металла с расплавом, и зону нормали- зации, в которой металл претерпевает полную фазовую перекристаллизацию. Особенности структурных превращений, обусловленных тем- пературным воздействием лазерного луча, силь- но зависят от параметров режима сварки и вида свариваемого материала. Так, быстрый нагрев и высокая скорость охлаждения металла в зоне сварного шва ограничивают рост кристалли- тов в зоне переплава и сокращают размер зоны термического влияния (ЗТВ), наиболее ответ- ственной за прочность сварного соединения [2, 3]. Высокая скорость охлаждения при лазерной сварке создает условия для формирования в зоне сплавлений шва промежуточных структур по- вышенной твердости. Так, в структуре сварных соединений высокопрочных сталей (Ultra–high Strength Steels (UHSS)) [4] при всех исследован- ных скоростях лазерной сварки обнаруживались кристаллы мартенсита. В этой работе также от- мечается, что размер зоны сплавления умень- шался с увеличением скорости сварки. При лазерной сварке низколегированных малоуглеродистых сталей в результате высокой интенсивности охлаждения в зоне термического влияния (зоне перегрева) может возникать опас- ность образования грубозернистых структур видманштеттова типа [5]. Наряду с видманштет- товым ферритом в границах аустенитного зерна может образовываться игольчатый мартенсит и верхний бейнит, как результат быстрого охлаж- дения сварочной ванны от температуры нагрева выше Ac3 [6,7]. В работе [8] показано, что при лазерной сварке стали QP980 зона термическо- го влияния разбивается на три области, которые имеют разную структуру, зависящую от величи- ны тепловложения. К зоне сплавления примы- кает область с почти полностью мартенситной микроструктурой, переходящая в область, со- стоящую из мартенсита и феррита. К основному металлу примыкает также область, состоящая из отпущенного мартенсита, остаточного аустенита и феррита. Исследования структуры сварных швов, вы- полненные авторами [9,10], показали, что при лазерной сварке среднеуглеродистых и аусте- нитных сталей могут возникать такие дефекты сварного шва, как поры и трещины. Трещины образуются преимущественно в зоне термиче- ского влияния под действием растягивающих напряжений, вызванных присутствием пленки на поверхности между твердой и жидкой фа- зами, образованной в результате ликвации при кристаллизации [11]. Улавливание защитного газа при затвердевании и испарение легкоплав- ких элементов в расплавленном металле может приводить к образованию пор в сварном шве [9]. Авторы работы [12] наблюдали и изучали динамическое поведение парогазового канала («замочной скважины») при глубокой проника- ющей лазерной сварке с использованием рентге- новской системы визуализации. Ими было про- демонстрировано, что неустойчивость замочной скважины привела к образованию пор в процес- се лазерной сварки. Используя микрофокусную рентгеновскую трансмиссионную систему визу- ализации, авторы [13] установили, что пузырьки образовались на дне замочной скважины, когда она схлопнулась во время процесса сварки. Ав- торы [14, 15] также показали, что образование пористости прямо связано с флуктуацией за- мочной скважины. Глубина и форма замочной скважины колебались непрерывно при лазерной сварке, и пузырьки, образующиеся в результате обрушения и усадки в замочной скважине, были причиной образования пористости. Приведенные литературные данные по ис- следованию влияния условий лазерной сварки имеют большое значение для дальнейшего со- вершенствования технологии лазерной сварки из углеродистых и легированных сталей. При этом наиболее актуальной материаловедческой задачей служит получение систематических ис- следований по формированию структуры свар- ного шва при лазерной сварке низкоуглероди- стых сталей и поиск таких методов внешнего воздействия на кристаллизационные процессы в ванне расплава, которые позволили бы компен-