Дослідження впливу параметрів лазерного зварювання на мікроструктуру стикових зварних з’єднань корозійностійкої сталі AISI 304

Анотація

Корозійностійкі хромонікелеві аустенітні сталі займають провідне місце серед конструкційних матеріалів сучасної промисловості завдяки поєднанню високих механічних властивостей, корозійної стійкості та технологічності. Однією з найбільш поширених є сталь AISI 304, яка широко застосовується в енергетиці, хімічній та нафтохімічній промисловості, суднобудуванні та машинобудуванні. Разом з тим зварювання, зокрема лазерне, супроводжується реалізацією нерівноважних умов кристалізації, що істотно впливають на мікроструктуру металу шва, фазовий склад, формування зони термічного впливу та неметалевих включень. У роботі наведено результати експериментального дослідження впливу параметрів лазерного зварювання на мікроструктуру, фазовий склад і характер неметалевих включень у стикових з’єднаннях аустенітної корозійностійкої сталі AISI 304 товщиною 1,5 мм. Лазерне зварювання виконували Nd:YAG-лазером «DY044» на трьох режимах з однаковою погонною енергією 60 Дж/мм та величиною розфокусування лазерного випромінювання 0 мм при потужності лазерного випромінювання 1,5; 2,5 та 3,5 кВт і відповідних швидкостях зварювання 1,5; 2,5 та 3,5 м/хв. Мікроструктурні дослідження проводили методами оптичної мікроскопії у діапазоні збільшень ×50–×500, кількість δ-фериту визначали за допомогою приладу «Ferritgehaltmesser-1.053», оцінювання неметалевих включень здійснювали відповідно до ДСТУ ISO 4967:2017. Встановлено, що метал шва у всіх зразках характеризується дисперсною литою структурою з формуванням центральної комірчастої зони, зони стовбчастих кристалітів та зони округлих зерен біля лінії сплавлення. Зі зростанням потужності лазерного випромінювання спостерігається звуження центральної комірчастої смужки, зменшення протяжності структурних зон і зниження інтенсивності взаємного затікання металу шва та основного металу. Вміст δ-фериту в металі шва має чітку тенденцію до зменшення від 1,7–1,8% до 0,8–0,9%, що свідчить про більш повну аустенітну стабілізацію при підвищених режимах зварювання. Найвища чистота металу за неметалевими включеннями зафіксована у зразку, звареному при потужності 3,5 кВт, де виявлено лише дисперсні точкові нітриди та оксинітриди з балом не вище №0,5. Зона термічного впливу у всіх випадках є вузькою, близько 600–900 мкм, без росту аустенітного зерна та зі збереженням структури прокату. Отримані результати підтверджують ефективність оптимізації параметрів лазерного зварювання для формування дрібнодисперсної мікроструктури, зниження вмісту δ-фериту та мінімізації неметалевих включень.