RU2653738C1 - Способ лазерной термической обработки металлического листа - Google Patents
Способ лазерной термической обработки металлического листа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2653738C1 RU2653738C1 RU2016145765A RU2016145765A RU2653738C1 RU 2653738 C1 RU2653738 C1 RU 2653738C1 RU 2016145765 A RU2016145765 A RU 2016145765A RU 2016145765 A RU2016145765 A RU 2016145765A RU 2653738 C1 RU2653738 C1 RU 2653738C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- remelting
- local
- sheet
- metal sheet
- laser beam
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title abstract description 29
- 239000002184 metal Substances 0.000 title abstract description 29
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 5
- 238000003466 welding Methods 0.000 abstract description 5
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 238000012993 chemical processing Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract 1
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 abstract 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003351 stiffener Substances 0.000 description 6
- 102220479482 Puromycin-sensitive aminopeptidase-like protein_C21D_mutation Human genes 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004049 embossing Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 description 1
- 239000010451 perlite Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/06—Surface hardening
- C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области машиностроения, а в частности к обработке металлических листов с целью обеспечения их жесткости. В способе обеспечения жесткости металлического листа посредством локального переплава механической и химической обработкой подготавливают металлический лист необходимых размеров в диапазоне (Д×Ш×Т) 300×100×2 мм до 3000×1500×12 мм из перлитных, бейнитных или мартенситных закаливающихся сталей марок 30ХГСА, 35ХГСА и прочих. Металлический лист фиксируют на сварочном столе или на полете портальной установки. Лазерным лучом локальный участок металлического листа переплавляется на полную или неполную толщину по прямой или криволинейной траектории вдоль или поперек металлического листа. Режимы переплава зависят от требуемой глубины переплавленного слоя (полного или неполного переплава), толщины листа, требуемой микроструктуры в результате обработки. Основными параметрами режима локального переплава являются линейная скорость переплава и мощность лазерного излучения. Стратегия обработки и режимы локального переплава задаются программой роботизированного комплекса. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к области термической обработки заготовки лазерным лучом на большую глубину. Известен способ получения ребра жесткости (патент №2247619, МПК B21D 22/24(2000.01), опубл. 10.03.2005) при штамповке деталей с ребрами жесткости. Изобретение относится к листовой штамповке и может быть использовано в машиностроении для получения точных деталей, имеющих ребра жесткости. Способ штамповки деталей с ребрами жесткости из листовой заготовки включает вырубку заготовки и рельефную формовку ребер жесткости. При этом сначала формуют ребра жесткости в направлении, противоположном требуемому, а затем переформовывают полученные ребра в обратном направлении в соответствии с конструкцией получаемого изделия. Достигается повышение жесткости, геометрической точности, исключение потери устойчивости в виде "хлопунов" детали.
Однако известный способ может быть использован только для повышения жесткости тонкостенных заготовок (толщина стенки до 2 мм), а также после использования данного способа изменяется геометрия заготовки, появляются остаточные напряжения и применяется энергозатратное и изнашиваемое оборудование.
Известен способ упрочнения разделительного штампа (патент №2566224, опубл. 20.10.2015, МПК C21D 9/22 (2006.01), C21D 1/09 (2006.01), B23K 26/00 (2014.01), C21D 6/04 (2006.01)), включающий упрочнение разделительного штампа лазерной закалкой боковых рабочих поверхностей путем оплавления припусков за один проход при перемещении луча лазера по стыку припусков и последующий лазерный отпуск. Техническим результатом изобретения является оптимизация структурного состояния закаленной лазером высоколегированной инструментальной стали (мартенсит отпуска + карбиды) и улучшение ее эксплуатационных характеристик.
Однако известный способ позволяет обрабатывать штамп на ограниченную глубину упрочненного слоя, определяемую пороговой величиной подводимой энергии.
Известен способ увеличения жесткости стального листа толщиной 0.5-4 мм (патент JP 2002275527 A, C21D 1/09, 25.09.2002), имеющего удлинение при разрыве >=30%, включающий нагрев стального листа или пластины излучением лазерного луча, перекристаллизацию областей металла шириной от 0.5 до 2 мм, наиболее близкий к заявляемому изобретению и принятый за прототип. Техническим результатом изобретения является увеличение жесткости металлического листа толщиной 0.5-4 мм с сохранением его пластичности.
Однако известный способ позволяет обрабатывать металлический лист толщиной 0.5-4 мм на полную или неполную толщину, что связано с применением луча СО2 лазера небольшой мощности, также ввиду конструктивных особенностей лазерную головку СО2 лазера невозможно перемещать над обрабатываемой заготовкой, то есть металлические листы толщиной 0.5-4 мм приходится перемещать под лазерной головкой, что ограничивает возможность выбора траектории обработки и связано с высоким уровнем энергозатрат. Данный метод основан на нагреве обрабатываемой заготовки до температур перекристаллизации (фазовых превращений 850-900 С°) в сталях, а не на переплаве (1350-1500 С°) локальных зон заготовки на полную глубину. Изобретением по патенту JP 2002275527 A, C21D 1/09, 25.09.2002 невозможно обрабатывать массивные металлические листы размерами до 3000×1500×12 мм, масса которых может достигать 500 кг, так как их трудоемко или невозможно перемещать под лазерной головкой с требуемой высокой точностью.
Техническая проблема, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в увеличении жесткости металлического листа.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в увеличении жесткости исходной листовой заготовки за счет получения упрочненных локальных зон металлического листа с измененной микроструктурой на всю глубину заготовки посредством локального полного переплава металлического листа лазерным лучом.
Технический результат достигается тем, что в способе термической обработки стального листа, включающем нагрев поверхности листа лучом лазера с созданием локальных упрочненных зон с заданным шагом, их переплав на полную или неполную толщину листа и охлаждение, причем при нагреве отступают на заданный шаг относительно первого переплава и осуществляют следующий переплав до получения необходимого количества переплавленных локальных зон, обеспечивающих требуемую жесткость листа, отличающемся тем что, обработке подвергают лист толщиной от 2 до 12 мм, а переплав локальных зон осуществляют лазерным лучом мощностью 1-15 кВт при его перемещении относительно листа со скоростью 15-40 мм/с и плавным нарастанием мощности лазерного луча в начале зоны переплава до 10 кВт за 200 миллисекунд и плавным убыванием мощности лазерного луча с 10 кВт за 400 миллисекунд в конце зоны локального переплава.
Переплав локальных зон осуществляют вдоль и/или поперек листа по прямой или криволинейной траектории.
После локального переплава проводят снятие напряжений стального листа.
На фигуре 1 представлена принципиальная схема осуществления переплава.
На фигуре 2 представлен металлический лист с зонами локального переплава.
Позиции на фигурах: 1 - обрабатываемый металлический лист, 2 - сфокусированный лазерный луч, 3 - зона локального переплава, 4 - трубки для подачи защитного газа.
Устройство для осуществления способа состоит из роботизированного комплекса лазерной сварки, сварочной головы, системы подачи защитного газа, сварочного стола, прижимных устройств, обрабатываемого металлического листа 1.
Сущность способа заключается в следующем.
Механической и химической обработкой подготавливают металлический лист 1 необходимых размеров в диапазоне (Д×Ш×Т) 300×100×2 мм до 3000×1500×12 мм из перлитных, бейнитных или мартенситных закаливающихся сталей марок 30ХГСА, 35ХГСА и прочие. Металлический лист 1 фиксируют на сварочном столе или на полете портальной установки (на фигуре не показано). Лазерным лучом 2 локальный участок 3 металлического листа 1 переплавляется по прямой или криволинейной траектории вдоль и/или поперек металлического листа. Режимы переплава зависят от толщины листа, требуемой микроструктуры в результате обработки. Основными параметрами режима локального переплава являются линейная скорость переплава и мощность лазерного излучения. Стратегия обработки и режимы локального переплава задаются программой роботизированного комплекса.
При осуществлении процесса локального переплава используется плавное нарастание и убывание мощности лазерного луча 2, с целью обеспечения стабильности процесса переплава, т.е. спокойного поведения расплавленного металла и улучшения косметических характеристик переплавляемой заготовки.
После первого прохода локального переплава лазерный луч перемещается на определенное расстояние относительно первого переплава и осуществляется второй проход переплава на соответствующих первому проходу режимах.
Между проходами локального переплава может выдерживаться время для естественного охлаждения заготовки или применяться принудительное охлаждение потоком воды или воздуха.
Режимы локального переплава зависят от: толщины листа, требуемой микроструктуры в результате обработки. Основными параметрами режима локального переплава являются линейная скорость переплава и мощность лазерного излучения. Стратегия обработки и режимы локального переплава задаются программой роботизированного комплекса.
Операции продолжаются до конца осуществления необходимого количества проходов локального переплава, которые будут зависеть от геометрических размеров обрабатываемого листа и шага проходов переплава.
Используют материалы, закаливающиеся при высоких скоростях охлаждения (среднеуглеродистые и высокоуглеродистые стали, низколегированные и легированные стали, титановые сплавы).
При обработке некоторых марок сталей и титановых сплавов за счет высоких скоростей локального переплава и соответственно высоких скоростей охлаждения возможно появление горячих и холодных трещин, во избежание которых необходимо снизить скорости обработки или применить предварительный, сопутствующий и последующий подогрев.
Режимы локального переплава зависят от природы материала, толщины металлического листа 1, требуемой глубины переплава, находятся в диапазоне: скорость перемещения лазерного луча 15-40 мм/сек, мощность лазерного луча 1-15 кВт, также для заготовок толщиной свыше 8 мм может применяться заглубление фокуса в диапазоне 1-4 мм.
Режимы нарастания в начале локального переплава и убывания в конце мощности лазерного луча 2 влияют на качество поверхности обрабатываемого металлического листа 1 и минимизацию механической обработки после операций лазерным лучом 2, так как положительно влияют на поведение металла в расплавленном состоянии, т.е. не происходит ударного взаимодействия лазерного излучения большой мощности с металлическим листом. Оптимальный режим нарастания мощности лазерного луча с 2 до 10 кВт за 200 миллисекунд, убывания с 10 кВт за 400 миллисекунд.
Таким образом, за счет локального изменения микроструктурного состава (перлит + феррит в мартенсит (участок полного переплава) + бейнит (зона термического влияния)) обрабатываемого металлического листа в месте переплава лазерным лучом, в результате обеспечения высоких скоростей лазерного локального переплава и, следовательно, высоких скоростей охлаждения достигается эффект увеличения жесткости металлического листа.
Claims (3)
1. Способ термической обработки стального листа, включающий нагрев поверхности листа лучом лазера с созданием локальных упрочненных зон с заданным шагом, их переплав на полную или неполную толщину листа и охлаждение, причем при нагреве отступают на заданный шаг относительно первого переплава и осуществляют следующий переплав до получения необходимого количества переплавленных локальных зон, обеспечивающих требуемую жесткость листа, отличающийся тем, что обработке подвергают лист толщиной от 2 до 12 мм, а переплав локальных зон осуществляют лазерным лучом мощностью 1-15 кВт при его перемещении относительно листа со скоростью 15-40 мм/с и плавным нарастанием мощности лазерного луча в начале зоны переплава до 10 кВт за 200 миллисекунд и плавным убыванием мощности лазерного луча с 10 кВт за 400 миллисекунд в конце зоны локального переплава.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что переплав локальных зон осуществляют вдоль и/или поперек листа по прямой или криволинейной траектории.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после локального переплава проводят снятие напряжений стального листа.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016145765A RU2653738C1 (ru) | 2016-11-22 | 2016-11-22 | Способ лазерной термической обработки металлического листа |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016145765A RU2653738C1 (ru) | 2016-11-22 | 2016-11-22 | Способ лазерной термической обработки металлического листа |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2653738C1 true RU2653738C1 (ru) | 2018-05-14 |
Family
ID=62152752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016145765A RU2653738C1 (ru) | 2016-11-22 | 2016-11-22 | Способ лазерной термической обработки металлического листа |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2653738C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2701974C1 (ru) * | 2018-12-07 | 2019-10-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Способ обработки листа из титанового сплава |
| RU2740548C1 (ru) * | 2019-11-26 | 2021-01-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Способ упрочнения листа из сплава на основе железа |
| RU2798136C1 (ru) * | 2019-12-17 | 2023-06-15 | Поско | Устройство и способ изготовления радиантных труб |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4724015A (en) * | 1984-05-04 | 1988-02-09 | Nippon Steel Corporation | Method for improving the magnetic properties of Fe-based amorphous-alloy thin strip |
| JP2002275527A (ja) * | 2002-01-25 | 2002-09-25 | Kawasaki Steel Corp | レーザ照射による鋼板の強化方法 |
| RU2514559C1 (ru) * | 2013-03-05 | 2014-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ВИЗ-Сталь" | Способ производства листовой электротехнической анизотропной стали и листовая электротехническая анизотропная сталь |
| EA023676B1 (ru) * | 2012-07-27 | 2016-06-30 | Владимир Владимирович Жарский | Способ поверхностного упрочнения металлических изделий перемещающимся лазерным лучом |
-
2016
- 2016-11-22 RU RU2016145765A patent/RU2653738C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4724015A (en) * | 1984-05-04 | 1988-02-09 | Nippon Steel Corporation | Method for improving the magnetic properties of Fe-based amorphous-alloy thin strip |
| JP2002275527A (ja) * | 2002-01-25 | 2002-09-25 | Kawasaki Steel Corp | レーザ照射による鋼板の強化方法 |
| EA023676B1 (ru) * | 2012-07-27 | 2016-06-30 | Владимир Владимирович Жарский | Способ поверхностного упрочнения металлических изделий перемещающимся лазерным лучом |
| RU2514559C1 (ru) * | 2013-03-05 | 2014-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ВИЗ-Сталь" | Способ производства листовой электротехнической анизотропной стали и листовая электротехническая анизотропная сталь |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2701974C1 (ru) * | 2018-12-07 | 2019-10-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Способ обработки листа из титанового сплава |
| RU2740548C1 (ru) * | 2019-11-26 | 2021-01-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Способ упрочнения листа из сплава на основе железа |
| RU2798136C1 (ru) * | 2019-12-17 | 2023-06-15 | Поско | Устройство и способ изготовления радиантных труб |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sun et al. | Effect of pulse frequency on microstructure and properties of welded joints for dual phase steel by pulsed laser welding | |
| RU2652341C2 (ru) | Способ лазерной сварки встык одной или нескольких заготовок из закаленной под прессом стали | |
| US10961603B2 (en) | Structural component including a tempered transition zone | |
| US6843866B2 (en) | Process for producing wear-resistant surface layers | |
| RU2663664C2 (ru) | Способ подготовки алитированных стальных листов к сварке и последующей закалке под прессом | |
| US20040060623A1 (en) | Method of fabricating metal parts of different ductilities | |
| US7540402B2 (en) | Method for controlling weld metal microstructure using localized controlled cooling of seam-welded joints | |
| US20180369897A1 (en) | Reinforcing structural components | |
| CA2851920A1 (en) | System and method for hot-forming blanks | |
| CN105624669A (zh) | 一种带有预热和热处理的复杂零件分段激光熔覆再制造方法 | |
| AU2014362928A1 (en) | Multi-track laser surface hardening of low carbon cold rolled closely annealed (CRCA) grades of steels | |
| RU2653738C1 (ru) | Способ лазерной термической обработки металлического листа | |
| Szataniak et al. | HSLA steels-comparison of cutting techniques | |
| RU2701974C1 (ru) | Способ обработки листа из титанового сплава | |
| RU2627837C1 (ru) | Способ изготовления наплавленного биметаллического режущего инструмента | |
| Brückner et al. | Hybrid laser manufacturing | |
| RU2640516C1 (ru) | Способ лазерного упрочнения полой металлической заготовки | |
| RU2685297C2 (ru) | Способ обработки кромок многоканальным лазером | |
| RU2566224C1 (ru) | Способ упрочнения разделительного штампа | |
| Kapustynskyi et al. | Optimization of the parameters of local laser treatment for the creation of reinforcing ribs in thin metal sheets | |
| Fortunato et al. | Numerical simulation of nanosecond pulsed laser welding of eutectoid steel components | |
| RU2740548C1 (ru) | Способ упрочнения листа из сплава на основе железа | |
| WO2008086028A1 (en) | Method for controlling weld metal microstructure using localized controlled cooling of seam-welded joints | |
| Gerhards et al. | Laser beam welding of press hardened ultra-high strength 22MnB5 steel | |
| KR101912112B1 (ko) | 원형 톱 바디의 열처리 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191123 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20210409 |