Контроль сварных соединений стали 12Х18Н10Т, изготовленных селективным лазерным плавлением

Размеры изделий, получаемых аддитивными технологиями, ограничены рабочей камерой 3D-принтера. Проблему масштабирования изделий можно решить комбинацией аддитивных методов и лазерной сварки. В работе представлены результаты оценки качества сварных соединений с использованием неразрушающих методов контроля. Исследовали пластины из коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т (AISI 321) размером 100 × 100 × 5 мм и трубы с толщиной стенки 6 мм, изготовленные методом селективного лазерного плавления. Для анализа дефектности использовали методы рентгеновской компьютерной томографии, цифровой радиографии и ультразвукового контроля. Установлено, что наличие пор и несплавлений в свариваемых заготовках приводит к возникновению локальной пористости в сварном шве. Цифровой радиографией выявлена разница в формировании негативного и позитивного контраста рентгенограмм. Показано, что применение цифровой обработки рентгенограмм позволяет значительно улучшить качество изображения (увеличение контраста изображения в 7 – 8 раз) и повысить выявляемость дефектов. Кроме того, метод ультразвукового контроля дает возможность качественного определения наличия дефектов в сварном соединении, но не дает количественной оценки их характеристик вследствие сильно выраженной анизотропии акустических свойств материала. Полученные результаты могут быть использованы при контроле качества изделий аддитивного производства, в частности сварных соединений коррозионностойких хромоникелевых сталей в изделиях аэрокосмического назначения.

1. Gardner L. Metal additive manufacturing in structural engineering — review, advances, opportunities and outlook / Structures. 2023. Vol. 47. P. 2178 – 2193. DOI: 10.1016/j.istruc.2022.12.039

2. Sghaier T., Sahlaoui H., Mabrouki T., et al. Selective laser melting of stainless-steel: a review of process, microstructure, mechanical properties and post-processing treatments / Int. J. Mater. Forming. 2023. Vol. 16. Art. No. 41. DOI: 10.1007/s12289-023-01769-w

3. Mansoura A., Omidi N., Barka N., et al. Selective laser melting of stainless steels: a review of process, microstructure and properties / Metals Mater. Int. 2024. Vol. 30. P. 2343 – 2371. DOI: 10.1007/s12540-024-01650-8

4. Zhai W., Zhou W., Zhu Z., Nai S. Selective laser melting of 304L and 316L stainless steels: a comparative study of microstructures and mechanical properties / Steel Res. Int. 2022. Vol. 93. No. 7. Art. No. 2100664. P. 1 – 11. DOI: 10.1002/srin.202100664

5. Makarov A. V., Kuznetsov V. P., Sirosh V. A., et al. Structural and micromechanical properties of 316L stainless steel produced by selective laser melting / IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2020. Vol. 1008. Art. No. 012005. P. 1 – 6. DOI: 10.1088/1757-899X/1008/1/012005

6. Лившиц Л. С., Хакимов А. Н. Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений. — М.: Машиностроение, 1989. — 336 с.

7. Симонов Е. Н., Виноградов К. М., Горожанкин А. Н. и др. Разработка и моделирование алгоритма реконструкции трехмерных изображений в рентгеновской компьютерной томографии с конусным пучком излучения для неразрушающего контроля при аддитивной технологии / СТИН. 2024. № 3. С. 8 – 13.

8. Величко Е. И., Приходько М. Г., Нижник А. Е. Контроль сварных соединений методами неразрушающего контроля / Научные труды КубГТУ. 2016. № 6. С. 57 – 66.

9. Косарина Е. И., Михайлова Н. А., Крупнина О. А., Демидов А. А. Радиографический контроль сварных соединений в системах ГОСТ и ISO / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 6. С. 37 – 41. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-6-37-41

10. Мишакин В. В., Клюшников В. А. Исследование сварного соединения из стали 12Х18Н10Т акустическим и магнитным методами / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 6. С. 32 – 35.

11. Михайлова Н. А., Косарина Е. И., Демидов А. А., Суворов П. В. Радиационный контроль заготовок, выполненных по аддитивной технологии, методом цифровой радиографии / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. № 10. С. 48 – 53. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-10-48-53

12. Sudhagar S., Sakthivel M., Daniel S. Application of image processing to radiographic image for quantitative assessment of friction stir welding quality of aluminium 2024 alloy / Measurement. 2020. Vol. 152. Art. No. 107294. P. 1 – 8. DOI: 10.1016/j.measurement.2019.107294

13. Prokop M., Neitzel U., Schaefer-Prokop C. Principles of image processing in digital chest radiography / J. Thoracic Imaging. 2003. Vol. 18. P. 148 – 164. DOI: 10.1097/00005382-200307000-00004

14. Zheng F., Dong B., Hong S., et al. A 2D rapid quantitative method for wetting and drying process in cementitious materials based on X-ray radiography / Measurement. 2024. Vol. 237. Art. No. 115122. P. 1 – 11. DOI: 10.1016/j.measurement.2024.115122

15. Redlich U., Hoeschen C., Doehring W. Assessment and optimization of the image quality of chest-radiography systems / Radiation Protection Dosimetry. 2005. No. 114. P. 264 – 268. DOI: 10.1093/rpd/nch559

16. Lo W. Y., Puchalski S. M. Digital image processing / Veterinary Radiology & Ultrasound. 2008. Vol. 49. P. 42 – 47. DOI: 10.1111/j.1740-8261.2007.00333.x

17. Камышанская И. Г. Постобработка цифровых рентгенограмм в практике рентгенолога / Медицинская визуализация. 2017. № 1. С. 116 – 128. DOI: 10.24835/1607-0763-2017-1-116-128

18. Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н., Мисюров А. И. Технологические процессы лазерной обработки. — М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. — 663 с.

19. Steen W. M. Laser material processing. — London: Springer, 2003. — 408 p.

20. Bergstrom D., Powell J., Kaplan A. Light absorption by rough metal surfaces. Three-dimensional ray tracing analysis / Proc. of the 26th Int. Conf. Congress on the application of lasers and electro-optics. — Orlando, 2007. P. 704 – 713.