SU1696504A1 - Method of laser-arc treatment of low-carbon steel structures - Google Patents
Method of laser-arc treatment of low-carbon steel structures Download PDFInfo
- Publication number
- SU1696504A1 SU1696504A1 SU894729009A SU4729009A SU1696504A1 SU 1696504 A1 SU1696504 A1 SU 1696504A1 SU 894729009 A SU894729009 A SU 894729009A SU 4729009 A SU4729009 A SU 4729009A SU 1696504 A1 SU1696504 A1 SU 1696504A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- laser
- carbon
- nitrogen
- arc
- increase
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
- B23K2103/04—Steel or steel alloys
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к лазерно-дуго- вой обработке и может быть использовано в металлургии и машиностроении дл упрочнени сталей. Цель изобретени - увеличение прочностных свойств. При обработке используют луч лазера и электрическую дугу . Совмещают п тно нагрева луча лазера и электрической дуги Коаксиально лучу лазера подают углеродсодержащий газ, а через сопло дуговой горелки подают азот. Смесь имеет следующий состав, об.%: азот 30-40; углеродсодержащий газ остальное. Способ позвол ет отказатьс от покрытий дл увеличени поглощени лазерного излучени . 1 табл.The invention relates to laser-arc processing and can be used in metallurgy and mechanical engineering for hardening steels. The purpose of the invention is to increase the strength properties. When processing using a laser beam and an electric arc. They combine a spot of heating the laser beam and an electric arc. A carbon-containing gas is supplied to the coaxial laser beam, and nitrogen is fed through the nozzle of the arc torch. The mixture has the following composition, vol.%: Nitrogen 30-40; carbon-containing gas else. The method allows refusing coatings to increase the absorption of laser radiation. 1 tab.
Description
слcl
сwith
Изобретение относитс к лазерно-дуго- вой обработке в металлургии и машиностроении и может быть использовано дл упрочнени и увеличени энергоемкости конструкций.The invention relates to laser-arc processing in metallurgy and mechanical engineering and can be used to strengthen and increase the energy intensity of structures.
Цель изобретени - увеличение прочностных свойств и энергоемкости конструкции .The purpose of the invention is to increase the strength properties and energy intensity of the structure.
Сущность способа заключаетс в следующем .The essence of the method is as follows.
Совмещают п тна нагрева луча лазера и электрической дуги, тем самым создаютс услови дл глубокого проплавлени и активного перемешивани жидкого металла в зоне обработки, Азот подают через сопло дуговой горелки, а углеродсодержащий газ коаксиально лазерному лучу. В дуге происходит ионизаци атомов азота и разложение углеродсодержащего газа с выделением свободного углерода. Атомы и ионы азота, а также углерода дифундируют в жидкий металл и за счет активного его перемешивани равномерно распредел ютс по всей глубине зоны оплавлени . Подогрев зоны обработки теплом электрической дуги ведет к увеличению поглощени лазерного излучени . В свою очередь, образование плазменного факела при воздействии луча лазера на металл позвол ет стабилизировать горение дуги. В результате взаимного положительного вли ни КПД лазерно-дуговой обработки выше, чем в отдельности лазерной и дуговой обработки, что приводит при равной мощности к увеличению как ширины так и глубины зоны лазерно-дуговой обработки . После кристаллизации зоны расплаОThe spots for heating the laser beam and the electric arc are combined, thus creating conditions for deep penetration and active mixing of the liquid metal in the treatment area, Nitrogen is supplied through the nozzle of the arc burner, and carbon-containing gas is coaxial to the laser beam. In the arc ionization of nitrogen atoms and decomposition of carbon-containing gas occurs with the release of free carbon. The atoms and ions of nitrogen, as well as carbon, diffuse into the liquid metal and, due to its active mixing, are evenly distributed throughout the depth of the reflow zone. Heating of the heat treatment zone of an electric arc leads to an increase in the absorption of laser radiation. In turn, the formation of a plasma torch when exposed to a metal laser beam makes it possible to stabilize the arc burning. As a result of the mutual positive effect, the efficiency of laser-arc processing is higher than that of laser and arc processing, which, with equal power, leads to an increase in both the width and depth of the laser-arc processing zone. After crystallization, the zone melted
оabout
Os СЛ ОOs SL O
-N-N
ва образуетс дорожка, насыщенна углеродом и азотом и имеюща вследствие этого повышенную твердость и прочность.A path is formed, saturated with carbon and nitrogen, and consequently having increased hardness and strength.
Величина твердости и прочности зоны лазерно-дугового воздействи определ етс полученной микроструктурой. При обработке низкоуглеродистой стали в атмосфере углеродсодержащих газов происходит ее науглероживание, однако при насыщении жидкого металла углеродом более 0,6% после охлаждени структура состоит не только из мартенсита (твердой составл ющей), но и из остаточного аустенита (м гка фаза). Дл получени максимальной твердости необходимо создать такую смесь, котора не приводила бы к содержанию углерода в стэ- ли свыше 0,6%.The magnitude of the hardness and strength of the laser-arc zone is determined by the resulting microstructure. When mild steel is treated in an atmosphere of carbon-containing gases, it is carburized; however, when the liquid metal is saturated with carbon with more than 0.6%, after cooling, the structure consists not only of martensite (a solid component), but also of residual austenite (soft phase). In order to obtain maximum hardness, it is necessary to create such a mixture that would not lead to a carbon content of more than 0.6% in the steel.
В качестве добавки к углеродсодержз- щему газу выбирают азот, гак как он пои внедрении в кристаллическую решетку железа приводит к увеличению твердости i/t прочности последнего. Однако низкий предел растворимости азота в железе (несколько сотых долей процента, в зависимости от условий насыщени ) требует дл получени существенного увеличени твердости (в 2-3 раза) введени таких легирующих элементов как алюминий, титан, цирконий, хром м др. В этом случае сталь уже относитс к легированной, а не к низкоуглеродистой.Nitrogen is chosen as an additive to carbon-containing gas, and as it is introduced into the crystal lattice of iron, it increases the hardness i / t of the strength of the latter. However, the low solubility limit of nitrogen in iron (a few hundredths of a percent, depending on saturation conditions) requires a significant increase in hardness (by a factor of 2–3) of such alloying elements as aluminum, titanium, zirconium, chromium, etc. in order to obtain the steel is already alloyed, not low carbon.
Таким образом, в ходе экспериментов установлено, что дн достижени в зоне обработки низкоуглеродистой стали оптимального содержани углерода (0,6%) оплавление должно вестись в атмосфере, состо щей на 60-70% из углеродсодержа- щего газа. Дополнительно увеличить микротвердость на 10 - 20% в зоне оплавлени позвол ет использование азота в качестве второго компонента газовой смеси вместо инертного газа. Увеличение твердости объ сн етс образованием азотистого мартенсита , имеющего более высокую твердость в сравнении с углеродистым мартенситом. Увеличение содержани азота в смеси свыше 40% уже не приводит к росту растворимости азота в низкоуглеродистой стали, так как предел насыщени азотом зоны расплава достигаетс уже при содержании 20% азота в составе смеси, а менее 30% не может быть, так как это св зано с превышением содержани углеродсодержащих газов в смеси 70%. Кроме того, уменьшение угле- родео держащего газа менее 60% в атмосфере зоны обработки ведет к уменьшению содержаний углерода в мартенсите, что приводит к уменьшению твердости и прочности зон обработки,Thus, in the course of the experiments, it was established that in the treatment zone of low carbon steel the optimum carbon content (0.6%) should be melted in an atmosphere consisting of 60-70% of carbon-containing gas. An additional increase in microhardness by 10–20% in the flash zone allows the use of nitrogen as the second component of the gas mixture instead of inert gas. The increase in hardness is due to the formation of nitrogenous martensite, which has a higher hardness than carbonaceous martensite. An increase in the nitrogen content of the mixture over 40% does not lead to an increase in the solubility of nitrogen in low carbon steel, since the limit of saturation of the melt zone with nitrogen is already reached at a content of 20% nitrogen in the mixture, and less than 30% cannot be, as this is with an excess of carbon-containing gases in the mixture of 70%. In addition, a reduction in carbon-containing gas of less than 60% in the atmosphere of the treatment zone leads to a decrease in the carbon content in martensite, which leads to a decrease in hardness and strength of the treatment zones,
Увеличение углеродсодержащего газа более 70% в смеси приводит к образованиюThe increase in carbon-containing gas more than 70% in the mixture leads to the formation of
в структуре зоны обработки остаточного аустенита - м гкой составл ющей, что снижает общую твердость легированной зоны. Пример. Дл реализации способаin the structure of the treatment zone of residual austenite - a soft component, which reduces the overall hardness of the alloyed zone. Example. To implement the method
используют сталь СтЗ толщиной 5,0 мм. С обеих сторон листа нанос т рисунок из дорожек упрочнени в виде стеки с шагом 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0 мм. После этого из листа вырезают образцы дл испытаний на раст жение так, чтобы угол между продольной осью образца и упрочн ющими дорожками составл л 45°,use Stz steel with a thickness of 5.0 mm. On both sides of the sheet, a pattern of reinforcement tracks is applied in the form of stacks with a step of 2.0; 2.5; 3.0; 3.5; 4.0 mm. After that, the samples for tensile testing are cut out of the sheet so that the angle between the longitudinal axis of the sample and the reinforcing tracks is 45 °,
Обработка ведетс на лазерной установке фирмы Когерент Дженерал мощность Р 1,0 кВт, диаметр луча 1,2 мм, скорость перемещени луча по поверхности образца V 10 мм/с.Processing is carried out on a Coherent General laser power unit with a power of 1.0 kW, a beam diameter of 1.2 mm, and a beam travel speed on the sample surface of 10 mm / s.
В качестве источника электрической дуги используют установку УАС-301. Ток дуги составл етгAs a source of electric arc using the installation of UAS-301. Arc current
1 50 А, напр жение на дуге Од 23 8. В/ качестве плазмообразующего газа используют азот и углеродсодержащие газы. Пер- воначально зажигают дугу пр мого действи в азоте. Минус от источника питани подают на электрод. Затем открывают заслонку луча лазера в головке лазерной установки и совмещают п тно нагрева электрической дуги и фокус лазерного излучени . Далее включают подвижку и нанос т1 50 A, voltage across the arc Od 23 8. In / as the plasma-forming gas, nitrogen and carbon-containing gases are used. Initially, the direct arc is ignited in nitrogen. The minus from the power source is supplied to the electrode. Then the laser beam gate in the laser head is opened and the spot of the heating of the electric arc and the focus of the laser radiation are combined. Next include the slide and put
упрочненную дорожку, причем обработку ведут с образованием парогазового канала, оплавл поверхность издели в смеси газов , состо щей из 30 и 70%; 35 и 65%; 40 и 60% соответственно азота и ацетилена.reinforced track, and the treatment is carried out with the formation of the vapor-gas channel, melted the surface of the product in a mixture of gases consisting of 30 and 70%; 35 and 65%; 40 and 60%, respectively, of nitrogen and acetylene.
Ацетилен подают коаксиально лучу лазера, а состав смеси регулируют за счет изменени расхода ацетилена. После нанесени дорожки дают возможность листу остыть до исходной температуры. Таким образом, нанос т сетку упрочн ющих дорожек. Подготовленные образцы испытывают на разрывной машине Р10, усредненные результаты испытаний на раст жение приведены в таблице. На каждый режимAcetylene is fed coaxially to the laser beam, and the composition of the mixture is adjusted by changing the flow rate of acetylene. After applying the track, allow the sheet to cool to its original temperature. Thus, a grid of reinforcing tracks is applied. The prepared samples are tested on a P10 tensile testing machine, the averaged results of tensile tests are given in the table. For each mode
испытывают по п ть образцов.five samples are tested.
Использование предлагаемого способа лазерной обработки конструкций из низкоуглеродистой стали обеспечивает следующие преимущества. В соответствии сThe use of the proposed method for laser processing of low carbon steel structures provides the following advantages. In accordance with
результатами проведенных испытаний лазерно-дугова обработка листов приводит кthe results of tests carried out laser-arc processing of sheets leads to
увеличению на 29% предела текучести29% increase in yield strength
OQ2 , на 18% временного сопротивлени OQ2, at 18% temporary resistance
разрыву оь 1 т.е. росту прочностных свойств при одновременном снижении относительного удлинени на 11 % по отношению к известному способу. Возрастает энергоемкость работы разрушени обработайной стали на 18%. Возможно изготавливать сварные конструкции из деталей, прошедших обработку предлагаемые способом, примен ть многомодовое лазерное излучение, использовать дл обработки деталей заданной толщины лазеры меньшей мощности и замен ть части дорогой энергии лазерного излучени более дешевой энергией электрической дуги, а также отказатьс от покрытий дл увеличени поглощени лазерного излучени .breaking about 1 ie the increase in strength properties while reducing the relative elongation by 11% relative to the known method. The energy intensity of work to destroy machined steel increases by 18%. It is possible to manufacture welded structures from parts that have been processed by the method, use multimode laser radiation, use lower power lasers to process parts of a given thickness, and replace parts of expensive laser energy with cheaper electric arc energy, and also reject coatings to increase laser absorption. radiation.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894729009A SU1696504A1 (en) | 1989-08-14 | 1989-08-14 | Method of laser-arc treatment of low-carbon steel structures |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894729009A SU1696504A1 (en) | 1989-08-14 | 1989-08-14 | Method of laser-arc treatment of low-carbon steel structures |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1696504A1 true SU1696504A1 (en) | 1991-12-07 |
Family
ID=21465770
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU894729009A SU1696504A1 (en) | 1989-08-14 | 1989-08-14 | Method of laser-arc treatment of low-carbon steel structures |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1696504A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2608937C2 (en) * | 2010-03-08 | 2017-01-26 | Кабусики Кайся Кобе Сейко Се (Кобе Стил,Лтд.) | Method for hybrid laser/arc welding and using it method of making welded article |
RU2808868C1 (en) * | 2023-05-16 | 2023-12-05 | Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Method for hardening pressed electrodes from titanium alloys |
-
1989
- 1989-08-14 SU SU894729009A patent/SU1696504A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР Ns 1613497. кл. С 21 D 1/09,20.01 89. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2608937C2 (en) * | 2010-03-08 | 2017-01-26 | Кабусики Кайся Кобе Сейко Се (Кобе Стил,Лтд.) | Method for hybrid laser/arc welding and using it method of making welded article |
RU2808868C1 (en) * | 2023-05-16 | 2023-12-05 | Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Method for hardening pressed electrodes from titanium alloys |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101367157B (en) | High-strength or ultra-high strong steel laser-electrical arc composite heat source welding method | |
US4157923A (en) | Surface alloying and heat treating processes | |
US20050263500A1 (en) | Laser or laser/arc hybrid welding process with formation of a plasma on the backside | |
EP0527229A1 (en) | Laser and laser welding method | |
JP2008018470A (en) | Process for laser-arc hybrid welding aluminized metal workpieces | |
Gao et al. | Laser-TIG hybrid welding of ultra-fine grained steel | |
DE2919084C2 (en) | Non-consumable electrode for plasma welding and process for making this electrode | |
RU2708715C1 (en) | Method for hybrid laser-arc surfacing of metal articles | |
Vu et al. | Surface saturation with carbon using plasma arc and graphite coating | |
JP2002144063A (en) | Lap welding method of thin steel plate, and welded thin steel plate | |
SU1696504A1 (en) | Method of laser-arc treatment of low-carbon steel structures | |
RU2653396C1 (en) | Method of manufacturing the t-beam with laser beam | |
JPH11123553A (en) | Welded joint structure | |
Singaravelu et al. | Modified short arc gas metal arc welding process for root pass welding applications | |
JP2693654B2 (en) | Welding method for surface treated metal | |
Abashkin et al. | Structure formation of the heat-affected zone of the permanent joint made by the automatic submerged arc welding with the use of the flux-cored wire with thermite filler | |
Stanciu et al. | Laser welding of dissimilar materials | |
Walz et al. | Hybrid welding of steel for offshore applications | |
Savytsky et al. | The Influence of Electric Arc Activation on the Speed of heating and the structure of metal in welds | |
JP3767359B2 (en) | Butt welding method and welded thin steel plate | |
KR100387595B1 (en) | Laser Welding Method In Martensitic Stainless Steel Of High Carbon | |
Walz et al. | Process stability and design of seam geometry during hybrid welding | |
Safonov et al. | Surface hardening of iron-carbon alloys by arc quenching | |
KR20010060793A (en) | 2 Pole tandem high input SAW for preventing hot cracking of fillet join in high thickness structural steels | |
RU2061100C1 (en) | Method of prevention of corrosion of surfaces of metal articles |