Вплив параметрів лазерного зварювання на геометрію зварних з’єднань тонколистової корозійностійкої сталі AISI 304

Анотація

Лазерне зварювання є одним із найперспективніших методів з’єднання металів, що поєднує високу точність, мінімальні термічні деформації та можливість автоматизації процесу. Завдяки високій щільності енергії лазерного променя технологія забезпечує глибоке проплавлення при вузькій зоні термічного впливу, що робить її ефективною для зварювання корозійностійких сталей аустенітного класу, зокрема AISI 304. Водночас особливості теплових процесів при лазерному зварюванні, такі як інтенсивний нагрів і швидке охолодження металу – істотно впливають на формування структури та властивостей зварного з’єднання, тому вибір оптимальних режимів має вирішальне значення для запобігання дефектам і забезпечення високої якості зварного з’єднання. У роботі представлено результати експериментального та статистичного дослідження процесу лазерного зварювання сталі AISI 304 товщиною 1,5 мм із застосуванням методології поверхні відгуку (RSM). Метою дослідження було визначення закономірностей впливу основних параметрів лазерного зварювання на формування геометрії зварного з’єднання. На основі повнофакторного експерименту побудовано регресійні моделі, що описують зміну площі та ширини провару залежно від зміни параметрів процесу. Аналіз результатів показав, що основними факторами, які визначають геометрію з’єднання, є потужність лазерного випромінювання та швидкість зварювання. Збільшення потужності сприяє зростанню площі провару, тоді як підвищення швидкості зменшує її. При високих потужностях лазерного випромінювання процес стає стабільнішим, а геометрія провару менш чутливою до коливань параметрів. Розфокусування чинить незначний вплив, лише трохи збільшуючи ширину провару. Найбільш вираженою виявилася взаємодія потужності та швидкості, яка визначає максимальні значення площі проплавлення. Розроблені регресійні рівняння з відхиленням менше 10 % підтвердили адекватність моделі й ефективність використання RSM для прогнозування геометрії зварного з’єднання. Оптимальні режими зварювання, що були визначені в ході дослідження, забезпечують формування якісних, бездефектних з’єднань та відповідають рівню якості «В» згідно з EN ISO 13919-1:2019.

Ключові слова: лазерне зварювання, тонкостінні вироби, оптимізація процесу зварювання, методологія поверхні відгуку (RSM), корозійностійкі високолеговані сталі, AISI 304.