船舶上层建筑薄板激光-MIG复合高速焊工艺及接头组织性能研究

发布时间：2020-10-08 16:20

　　 薄板结构因其自身重量小被广泛应用于船舶上层建筑制造当中。采用传统电弧焊(MIG、MAG)进行薄板焊接时,常常因焊接过程热输入较大造成焊接变形问题。激光-MIG复合焊是一种新型的高能束焊接方法,在提高焊接效率的同时能够显著减少焊接变形。本文针对6mm的Q345E钢开展了对接接头及T型接头激光-MIG复合焊工艺试验,研究了不同焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律;探寻了对接接头及T型接头在不同装配间隙下焊接速度范围;阐明了不同焊接速度下熔滴过渡形式及过渡频率。采用优化后的焊接工艺参数焊接了对接接头和T型接头,研究了不同热输入下对接接头的微观组织、力学性能及T型接头角变形的变化规律。借助高速摄影的试验方法,研究了不同焊接工艺参数下具体的熔滴过渡形式及过渡频率。在激光功率4~5.8kW、焊接电流200~320A、光丝间距2mm、离焦量-5mm的焊接工艺参数窗口下,当焊接速度在1.5~4.2m/min范围内变化时,熔滴过渡形式为稳定的短路过渡、射滴-短路-射流过渡、单一射流过渡,过渡过程较为稳定,焊缝表面成形良好;当焊接速度为4.5m/min时,熔滴指向性发生改变,熔滴过渡形式为紊乱的射流-短路交替变化过渡形式,焊缝表面出现大量飞溅及驼峰焊道缺陷。采用优化后的焊接工艺参数开展对接接头及T型接头激光-MIG复合高速焊工艺试验,在保证焊接质量的前提下,对接接头最高焊速可达4.2m/min,T型接头最高焊接速度可达3.9m/min。随着装配间隙的增大,最高焊接速度逐渐减小,对于对接接头来说,当工件装配间隙在0.6~1.0mm范围变化时,最高焊接速度从2.1m/min降低至1.8m/min;对T型接头来说,当装配间隙在0.4~0.8mm范围变化时,最高焊接速度从2.4m/min降低至2.1m/min。不同焊接热输入下接头角变形及力学性能研究结果表明:焊接热输入在3.5~2.2kJ/cm范围变化时,随着焊接热输入的减小,T型接头角变形越小。当焊接热输入为2.2kJ/cm时,焊接角变形0.9°,与3.5kJ/cm焊接热输入相比,焊接变形减小了54%;随着焊接热输入的逐渐减小,焊缝微观组织由块状铁素体+下贝氏体向板条马氏体转变;焊接热影响区过热区微观组织由大量板条马氏体组成。当焊接热输入为2.1kJ/cm时,焊接接头最高硬度出现在热影响区过热区;对接接头拉伸断裂位置均出现在母材。
【学位单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U671.83;TG456;TG407
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 激光及激光-电弧复合焊接技术
        1.2.1 激光焊接技术
        1.2.2 激光-电弧复合焊接技术
    1.3 激光-电弧复合焊在工业中的应用
    1.4 高速焊研究现状
    1.5 本课题主要研究内容
第2章 试验材料、设备及方法
    2.1 试验材料
    2.2 试验设备
        2.2.1 焊接试验设备
        2.2.2 高速摄影设备
    2.3 试验方法设计及试验过程
    2.4 焊接接头显微组织及性能分析
        2.4.1 接头显微组织分析
        2.4.2 接头硬度测试
        2.4.3 拉伸性能测试
        2.4.4 FARO变形测试
第3章 激光-MIG复合高速焊熔滴过渡特征研究
    3.1 前言
    3.2 焊接工艺参数对熔滴过渡及焊缝成形的影响
        3.2.1 激光功率对熔滴过渡及焊缝成形的影响
        3.2.2 焊接电流对熔滴过渡及焊缝成形的影响
        3.2.3 光丝间距对熔滴过渡及焊缝成形的影响
    3.3 不同焊接速度下的熔滴过渡特征研究
    3.4 本章小结
第4章 激光-MIG复合高速焊焊缝成形规律研究
    4.1 前言
    4.2 对接接头激光-MIG复合高速焊焊缝成形研究
        4.2.1 对接接头激光-MIG复合高速焊工艺优化
        4.2.2 不同装配间隙对激光-MIG复合高速焊焊接速度的影响
    4.3 T型接头激光-MIG复合高速焊焊缝成形研究
        4.3.1 T型接头激光-MIG复合高速焊工艺优化
        4.3.2 不同装配间隙对激光-MIG复合高速焊焊接速度的影响
    4.4 本章小结
第5章 激光-MIG复合高速焊接头性能及微观组织研究
    5.1 前言
    5.2 不同焊接热输入对T型接头焊接变形的影响
    5.3 焊接接头微观组织研究
    5.4 接头硬度分布
    5.5 对接接头拉伸性能表征
    5.6 本章小结
结论
参考文献
硕士期间发表的学术论文
致谢

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本文编号：2832463