激光焊接工装设计及双相钢焊接工艺研究

发布时间：2020-04-21 04:00

【摘要】：激光焊接作为一种高效、优质的焊接技术,具有焊接速度快、热影响区窄、焊接变形小等优点,已有十几年发展历史。本文借助搭建的一大功率型激光焊接平台设备,以双相钢为研究对象,开展以下研究:1、针对核电项目试验,开展激光焊接工装夹具的设计。采用SolidWorks三维和Auto CAD二维软件分别完成了工装模型的建立,并借助ANSYS Workbench对设计的焊接工装平台进行了有限元校核,分析该管道焊接工装设备的应力值与变形值,得到以下几点:(1)管道工装设备在翻转过程中,最大等效应力发生在管道支撑杆上,最大变形发生在支撑架上,随着转角的增大,最大等效应力和最大变形逐渐变化,并呈现为正弦规律。(2)管道焊接工装设备采用的是低碳钢Q235,管道焊接工装设备翻转过程中最大等效应力为155MPa,安全系数为235/155=1.52,可知该设备满足设计要求。(3)管道的变形对激光热丝焊接的焦深影响不大,无需对激光热丝焊进行补偿且该管道焊接工装设备已基本完成制造,目前正准备投入实验室管道焊接的使用。2、使用设计的焊接工装夹具,选择核建中应用广泛的2205双相不锈钢进行实验,采用正交试验及控制单一变量法设计焊接工艺参数,探究了激光离焦量、激光功率、焊接速度等焊接工艺参数对3mm厚2205双相钢焊缝宏观形貌的成形规律,得到当离焦量为-5mm时能够使焦点作用在焊件的内部,从而得到更大的深熔;通过对比分析,各个焊接工艺参数下对焊缝有不同的热输入量,能够得到不同的焊缝深宽比,筛选出了最优的工艺参数组合,即当离焦量取为-5mm时,激光功率为2kW,焊接速度0.75m/min和离焦量取为-5mm,激光功率为1.5kW,焊接速度0.5m/min时宏观成形良好;最后使用扫描电镜(SEM)和PWS-E100万能试验机对双相钢中奥氏体与铁素体成形规律及力学性能进行了分析,得到当激光功率由变大(或者焊接速度变慢)时作用在焊缝的热输入进一步加大,焊缝的冷却速度变慢,元素的扩散和晶体的结构转变更为成熟,奥氏体由细小的条状慢慢的变粗大,而铁素体组织也逐渐长大,即由细长的柱状晶向大块的等轴晶转变,铁素体等轴晶能够析出更多的奥氏体组织并表现出不同的力学性能,为同类激光焊接实验奠定有效基础。
【图文】：

布置图,核电站,主系统,布置图

背景及意义，受到煤炭、石油等能源价格波动的加剧以及面临严格碳排放型能源势在必行。核电作为一种清洁、高效、节能的能源越。国际原子能组织预计到 2030 年世界核电装机容量将达到电事业起步较晚，在以火电、水电为主的发电形式中，核是随着社会经济的发展，对电力需求也越来越高，我国在也由原本的适度发展、推进发展转化到了积极发展，在这样进了第三代 AP1000 核电技术，这将迎来我国核电事业快核电站是美国西屋公司设计的第三代核电站[3][4]。图 1.1 为 A布置图，可以看出 AP1000 压水堆型采用单堆两环路设计，发生器、2 台并联主泵、1 条热段主管道、2 条冷段主管道组

示意图,激光,示意图,窄间隙

图 1.2 激光填丝焊接示意图Fig.1.2 schematic diagram of laser wire filling welding日立公司(Hitachi)X Zhang 等人[35]用 6kW 功率光纤激光填丝焊接了 50mm 厚的 316L 不锈钢板，其中进行了多道填丝焊接，获得了良好的焊缝成型，焊接工英国 Manchester 大学学者 Ahmed Elmesalamy 等人[36]将用 IPG 光纤激光焊接得到的焊缝接头与常规钨极氩弧焊得到的焊缝接头进行了对比，观察发现选用德国的 D Dittrich 等人[34]采用 4kW 的多模和 5kW 的单模光纤激光，对有热裂倾向的 6XXX 铝合金厚板进行了窄间隙激光多道焊接。焊接后分析发现产生的气孔等缺陷较多，还分析了焊缝中 Si 的分布，对比发现 Si 的含量高于激光自熔焊，意味着窄间隙激光填丝多道焊接头抗热裂性能好。艺参数为：采用 X 形坡口，送丝速度为 5.5m/min，焊接速度为 0.4m/min，一共有8 层焊道。
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM623;TP391.72;TG456.7

【相似文献】