Азот или кислород? Лазерная резка и сварка стали для строительных металлоконструкций

Заведующий лабораторией прочности проката и соединений, ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко С. Гуров в ходе международной выставки «Металлоконструкции’2026» выступил с докладом «Лазерная резка и сварка стали для изготовления строительных металлоконструкций. Технические вопросы и проблемы и пути их решения в условиях ЗМК» на 11-й Общероссийской конференции «Стальные конструкции: основные тренды 2026 г.».

Спикер рассказал, что при лазерной резке происходит нагрев металла до температур выше точки плавления (1400–1600 °С). В результате в прилегающих к поверхности слоях формируется градиент концентрации углерода. Микроструктурные исследования подтверждают образование на кромке трехслойной зоны: окалина (оксиды), зона обезуглероживания (феррит) и мартенсит. Наибольшую опасность, по данным спикера, представляет обезуглероженный слой – мягкий феррит, обладающий пониженными механическими характеристиками. Для низкоуглеродистых сталей, таких как Ст3 и С255, зафиксировано полное обезуглероживание на глубину до 150 мкм, а для легированных сталей высокой прочности — С355, С390, С440 — частичное обезуглероживание на глубину до 110 мкм.

С. Гуров отметил, что согласно исследованиям, при сварке обезуглероженный слой негативно влияет на свойства сварочного шва за счет того, что при перекристаллизации в соединениях возникают концентраторы напряжений (дислокации) и прочность шва снижается на 20-25%.

Спикер выделил пять групп сталей с различными требованиями к режимам лазерной резки и необходимости зачистки:

• Низкоуглеродистые стали (Ст3сп7, С255). Рекомендуется резка кислородом (давление 0,3–0,8 МПа). Зачистка обязательна.
• Низколегированные конструкционные стали (09Г2С, С355, С390, С440). Марганец повышает вязкость расплава, кремний образует тугоплавкие силикаты. Для толщин до 10 мм допустим азот, выше – кислород с повышенным давлением. Скорость резки на 10–15 % ниже, чем у С255.
• Легированные с Ni, Cr, Cu (10ХСНДА, 14ХГНДЦ). Медь снижает поглощение излучения (отражение до 70 %), никель повышает вязкость расплава в 1,5–2 раза, хром образует оксид с температурой плавления 2435 °С. Требуется повышение мощности на 20–30%, коррекция фокуса и давления кислорода. Скорость падает на 20–30%.
• Высокопрочные стали (С550, С690). Риск закалочных структур (мартенсит) в зоне термического влияния. Резка только азотом, скорость на 20–30% ниже кислородной. После резки – обязательная механическая зачистка перед сваркой.
• Низколегированные с Mo и V (05МБФ). Молибден сильно увеличивает вязкость расплава при 1500–2000 °С. Грат удаляется только механически. Давление газа – до 1,0–1,2 МПа, скорость снижается на 25–30%, фокус отрицательный.

Также С. Гуров рассмотрел три экономических стратегии с точки зрения выбора газа:

• Эконом (кислород/воздух без зачистки) – до 75% брака при сварке, аварии, отказы.
• Премиум (азот без зачистки) – высокие затраты на газ.
• Оптимум («серединный путь») – категорирование конструкций по СП 16.13330.2017 и ГОСТ 23118-2019. Для ответственных узлов и легированных сталей – азот; для рядовых конструкций – кислород с механической зачисткой. Затраты на газ возрастают на 20%, но брак снижается на 60%, что позволяет сократить общие затраты на изготовление 1 т металлоконструкций до 15%.

Спикер отметил, что для задач лазерной резки не существует единого технологического решения и рекомендуется разделять конструкции по группам ответственности с учетом категории сварных швов.

В качестве оптимальной стратегии С. Гуров предложил использование азота для ответственных конструкций, легированных сталей и высокопрочных соединений, а кислород с механической зачисткой — для остальных деталей.

Смотрите фоторепортаж о втором дне работы выставок.