激光-深熔TIG复合焊接机理及工艺研究

发布时间：2020-06-20 21:46

【摘要】：随着制造业的迅猛发展,中厚板钢铁材料已经广泛应用于海洋工程、隧道盾构、建筑钢结构等大型工程装备制造领域,中厚板的焊接问题也愈发受到人们的重视。目前常见的中厚板焊接方法为多层多道焊和埋弧焊,存在焊接效率低、焊前准备工作多、焊缝成型差等问题,焊接方法亟待改进。高效深熔TIG焊接能提高焊接效率和焊接质量,是中厚板焊接的理想方法,但在高速焊接时的单面焊双面成型质量方面还有待提高。与单独深熔TIG焊相比,激光-深熔TIG复合焊中两个热源之间相互耦合,激光的加入改变了原有的TIG电弧导电通道,具有压缩和吸引电弧的作用,提升了电弧挺度和穿透力。另外,激光可以搅拌熔池,加速液态金属的流动,从而改善了焊缝成型。因此,激光-深熔TIG复合焊接方法能够提高焊接速度、减少热输入、改善焊缝成型,是一种新型高效的焊接技术。以10mm厚的Q345B碳钢板为母材,采用平板堆焊的方式,研究了激光-深熔TIG复合焊主要工艺参数(激光功率PL、焊接电流I、离焦量△f、热源间距DLA和排布方式)对焊缝成型的影响规律,并对其进行优化,得出如下结论:复合焊接时的最佳离焦量为-1mm～Omm,最佳热源间距约为0.5mm,激光在前、电弧在后的复合焊模式焊接效果更好。为研究复合焊接在提高焊接速度方面的作用,分别采用单独深熔TIG焊和激光-深熔TIG复合焊两种方法,对6mm碳钢板进行单面焊双面成型对比实验,结果表明复合焊焊接速度可达1000mm/min,是单独深熔TIG焊接速度的3.6倍,且复合焊的双面成型质量均优于单独深熔TIG焊;为研究激光-深熔TIG复合焊接在单面焊双面成型方面的作用,分别对10mm厚碳钢板、1Omm厚开Y型坡口碳钢板(钝边4mm,坡口角度30°)、6mm厚不锈钢板进行焊接实验,均可实现高焊速的单面焊双面成型,焊缝成型良好;针对实际焊接场合存在的组对间隙和错边问题,开展了适应性试验研究,复合焊的最大容忍度组合为1mm间隙+1mm错边,对错边的容忍度比组对间隙容忍度高。为综合评价激光-深熔TIG复合焊接的焊缝成型质量,对激光-深熔TIG复合焊接头的微观组织进行观察分析,根据热源作用区域的不同,将焊缝分为电弧-激光区和激光区,电弧-激光区的组织主要有针状铁素体、粒状贝氏体和少量马氏体,激光区的组织和电弧-激光区类似,但共析出了块状铁素体。焊接接头的显微硬度在热影响区(HAZ)的过热区达到峰值(308HV)。力学性能试验结果表明:激光-深熔TIG复合焊接接头抗拉强度在570MPa左右,伸长率约为21%,断裂位置为母材;焊缝正弯和背弯角度达到100°时未发现裂纹;在室温冲击试验时,焊缝处冲击功平均值为92.5J,热影响区处冲击功平均值为83J。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG40
【图文】：

图１－１激光焊的两种焊接模式：（ａ）热导焊（ｂ）深熔焊逡逑

图１－２钨极氩弧焊原理图逡逑

【参考文献】

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本文编号：2723011