Мікроструктура зварного шва та зони термічного впливу армувальних профілів з киплячих сталей після лазерного зварювання

У статті подано результати дослідження мікроструктури зварного шва та зони термічного впливу (ЗТВ) профільних елементів з киплячих сталей після лазерного зварювання. Лазерне зварювання є перспективною альтернативою традиційним методам завдяки високій концентрації енергії, малій тривалості процесу та можливості забезпечення якісного з’єднання на високих швидкостях. Водночас визначення оптимальних параметрів режиму зварювання потребує експериментальних досліджень, що можна прискорити за рахунок аналізу макро- та мікроструктури. У роботі використано хімічний аналіз основного металу та металографічні методи дослідження. Встановлено, що у зразках товщиною 1,2 мм зона сплавлення характеризується чіткою дендритною структурою шириною 2–3 мм, яка розширюється до поверхні профілю. ЗТВ зберігає дрібнозернисту структуру без істотного зростання зерна завдяки високій швидкості тепловідведення. У профілях товщиною 2 мм виявлено оксидні неметалеві включення, що спричиняють нестабільність процесу та інтенсифікацію розбризкування. Встановлено, що за відсутності захисної атмосфери окислення розплавленого металу супроводжується виникненням кратерів і поверхневих дефектів. Доведено, що низький вміст Si та Mn у киплячій сталі зумовлює підвищену кількість неметалевих включень та утворення оксидних дефектів. Для забезпечення стабільності процесу та підвищення якості зварних з’єднань рекомендовано використовувати сталь із вмістом Si ≥ 0,1 % та Mn ≥ 0,3 % за мінімального вмісту S і P. Отримані результати мають практичне значення для виробництва профільних труб і армувальних елементів, де критичною є якість зварного шва.

The paper presents the results of studying the microstructure of the weld metal and the heat-affected zone (HAZ) of reinforcing profiles made of rimmed steels after laser welding. Laser welding is considered a promising alternative to conventional methods due to its high energy concentration, short process duration, and ability to ensure highquality joints at elevated welding speeds. However, determining optimal process parameters requires experimental studies, which can be accelerated by applying macro- and microstructural analysis. Chemical composition analysis of the base metal and metallographic investigations were conducted. It was established that in specimens with a thickness of 1.2 mm, the fusion zone exhibits a distinct dendritic structure with a width of 2–3 mm, widening towards the outer surface of the profile. The HAZ retains a fine-grained structure without significant grain growth, owing to rapid heat dissipation. In 2 mm profiles, oxide non-metallic inclusions were detected, which reduce process stability and intensify spattering. In the absence of shielding gas, oxidation of the molten pool was found to cause crater formation and surface defects. The study demonstrates that low Si and Mn content in rimmed steels leads to an increased number of non-metallic inclusions and oxide-related imperfections. To ensure process stability and improve weld quality, it is recommended to use steels with Si ≥ 0.1 % and Mn ≥ 0.3 % at minimum sulfur and phosphorus levels. The obtained results are of practical importance for the production of profile tubes and reinforcing elements where weld integrity is critical.