Automatic Welding, 2014, №03



2014 №03 (03)

2014 №03 (05)

---

Журнал «Автоматическая сварка», № 3, 2014, с.23-27

Сварка аустенитной нержавеющей стали с использованием лазерного луча высокой мощности и электромагнитного управления сварочной ванной

М. БАХМАНН, В. АВИЛОВ, А. ГУМЕНЮК, М. РЕТМАЙЕР

Bundesanstalt fur Materialforschung und pfufung. Unter den Eichen 87, Haus 60, Raum 306, D-12205 Berlin. E-mail: marcel.bachmann@bam.de
 
Реферат
Благодаря наличию лазеров мощностью 20 кВт и более, лазерная сварка с глубоким проплавлением широко применяется в промышленности при соединении листовой стали толщиной до 20 мм за один проход. При превышении критического уровня жидкий металл формируемого валика провисает под воздействием гидростатического давления. В отличие от электронно-лучевой, лазерная сварка позволяет управлять жидким потоком в сварочной ванне при помощи электромагнитных полей. Проведены экспериментальные и численные исследования электромагнитной системы переменного тока для компенсации гидростатического давления, обусловленного силами Лоренца в расплаве, при однопроходной сварке с полным проплавлением пластин из аустенитной нержавеющей стали типа AISI 304 толщиной до 20 мм. Показано, что применение магнитных полей с индукцией от 200 до 234 мТл (частота колебаний приблизительно 2,6 кГц) приводит к полной компенсации гидростатических сил в расплаве при сварке пластин толщиной от 10 до 20 мм, соответственно. Проведено комплексное моделирование жидкого потока, тепловых и электромагнитных условий методом конечных элементов при различных плотностях магнитного потока и различных частотах колебаний для расчета оптимальной силы электромагнитного поля, предупреждающей провисание расплава. Результаты моделирования показывают, что для этого может использоваться магнитное поле более низкой плотности. Библиогр. 17, рис. 5.
 
Ключевые слова: лазерная сварка, высокие мощности, аустенитные нержавеющие стали, провисание валика, управляющее электромагнитное поле, компенсация гидростатических сил, моделирование жидкого потока, расчеты
 
Поступила в редакцию 10.01.2014
Опубликовано 20.02.2014
 
1. Avilov V. et al. // Sci. Technol. Weld. Joining. – 2012. – 17. – P. 128–133.
2. Vollertsen F. et al. // Weld. World. – 2010. – 54. – R62–R70.
3. Ready J. F. et al. // LIA Handbook of Laser Materials Processing. – LIA, 2001.
4. Sanderson A. et al. // Fusion Eng. Des. – 2000. – 49/50. – P. 77–87.
5. Kohyama A. et al. // J. Nucl. Mater. – 1984. – 122. – P. 772–776.
6. Kawahito Y. et al. // Sci. Technol. Weld. Joining. – 2009. – 14 – P. 288–294.
7. Shin M. et al. // Trans. JWRI. – 2010. –39. – P. 33–38.
8. Schneider A. et al. // Phys. Process. – 2013. – 41. – P. 4–11.
9. Vollertsen F. et al. // J. Laser Appl.– 2006. – 18. –P. 28-34.
10. Avilov V. V. et al. // Proc. of EPM. – Dresden, 2009.
11. Avilov V. V. et al. // Sci. Technol. Weld. Joining. – 2012. – 17. – P. 128–133.
12. Bachmann M. et al. // J. Phys. D: Appl. Phys. – 2012. – 45. – P. 13.
13. Gatzen M. et al. // Proc. of LAMP. – 2009.
14. Velde O. et al. // Int. J. Heat Mass Transfer. – 2001. – 44. – P. 2751–2762.
15. Sahoo P. et al. // Metallurgical and Materials Transactions B. – 1988. – 19. – P. 483–491.
16. Mills K. C. Recommended values of thermophysical properties for selected commercial alloys. – Woodhead Publ. Ltd., 2002.
17. Wilthan B. et al. // Int. J. Thermophys. – 2008. – 29. – P. 434–444.