薄板不锈钢激光-K TIG复合高速焊接工艺的研究
发布时间：2020-12-26 11:58
航空、核电、建筑和轨道等行业对薄板不锈钢的需求日渐增加,激光-TIG复合焊接技术是薄板不锈钢常用的焊接工艺之一,由于TIG焊钨极承载电流能力较低,导致复合焊填丝熔敷速度低,焊接效率大打折扣。本文提出一种新型的复合焊接方式—激光-KTIG复合焊接,并开展了薄板不锈钢激光-K TIG复合高速焊接技术的系统研究。通过高速摄像采集复合焊接过程中的电弧形态,结合图像处理技术分析电弧特性。结果表明:恰当的能量配比是保证电弧稳定燃烧的重要因素。当激光焦点作用位置靠近阳极时,电弧的断面增加,电弧等离子体吸收的激光能量增加;当激光焦点作用位置靠近阴极时,电弧阴极区会发生剧烈波动,电弧稳定性降低,因此理论上激光-K TIG复合焊接的最佳离焦量为-4～Omm,最佳热源间距为0～3mm。初期以10mm板厚的304不锈钢为研究对象,通过调节各工艺参数进行焊接试验,并借助SPSS软件处理数据,获取影响焊缝熔深和熔宽的主要工艺参数,为后续不锈钢薄板高速焊接提供相关指导。试验结果表明:激光-K TIG复合焊接过程中,应保持激光在前、电弧在后、两热源轴线夹角15°的模式;焊缝熔深主要与激光功率、焊接电流、焊接速度有关。...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?３０４不锈钢焊接热裂纹现象??Ｆｉｇ．?１－２?Ｈｅａｔｉｎｇ?ｃｒａｃｋ?ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ?ｉｎ?３０４?ｓｔａｉｎｌｅｓｓ?ｓｔｅｅｌ?ｗｅｌｄｉｎｇ??
?第一章绪论???会发生共晶反应，导致焊缝区和热影响发生热裂纹。防止措施：选择恰当的焊接方??法、保证合理的热输入量、尽可能选取低氢型焊丝等。??１＾１—??图１－２?３０４不锈钢焊接热裂纹现象??Ｆｉｇ．?１－２?Ｈｅａｔｉｎｇ?ｃｒａｃｋ?ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ?ｉｎ?３０４?ｓｔａｉｎｌｅｓｓ?ｓｔｅｅｌ?ｗｅｌｄｉｎｇ??（２）焊接接头的腐蚀缺陷主要包括晶间腐蚀和应力腐蚀开裂这两种腐蚀缺陷??（见图１－３所示）。前者的原因是：不锈钢焊缝热影响区在达到敏化温度区域??（４５０？８５０°）并保持一定时间后，晶界容易析出Ｃｒ的碳化物从而形成贫铬晶界，若??在氯化物或氟化物等介质中工作时，会出现焊缝的晶间腐蚀和热影响区的敏化区腐??蚀，因此，晶粒的铬含量下降是发生晶间腐蚀的主要因素而后者的原因主要是焊??接产生的残余拉应力。防止措施：控制焊接电源的热输入，不锈钢的热输入量一般规??定每毫米不得超过１．５ｋＪ；选用低碳不锈钢焊接材料。??ｍｍ??（ａ）晶间腐蚀?（ｂ）应力腐蚀开裂??图１－３不锈钢焊接接头腐蚀缺陷??Ｆｉｇ．１－３?Ｈｅａｔｉｎｇ?Ｃｒａｃｋ?Ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ?ｉｎ?Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ?Ｓｔｅｅｌ?Ｗｅｌｄｉｎｇ??（３）烧穿和焊接变形薄板不锈钢的焊接由于自身约束度孝导热系数孝线??膨胀系数大，当焊接温度变化较快时，产生的热应力大，很容易出现烧穿和焊接变形??等缺陷，这是薄板焊接需要注意的地方。防止措施：一是要严格控制线能量，譬如选??择合适的焊接方法和工艺参数，从而提高金属熔池的表面张力，阻止熔池金属下流，??３??
合的这一概念，常见的激光电弧??复合焊接包括：激光－ＴＩＧ电弧复合焊接技术、激光－ＭＩＧ／ＭＡＧ电弧复合焊接技术、??激光－等离子复合焊接技术，其中激光－ＴＩＧ复合焊接技术是最早研究的激光电弧复合??焊接形式，尤其适用于薄板的焊接【２１］。??激光－ＴＩＧ复合焊接技术的研究主要包括两个部分：激光－ＴＩＧ复合焊接机理研究、??激光－ＴＩＧ复合焊接工艺研究。??１．３．１激光－ＴＩＧ复合焊接机理研究现状??激光－ＴＩＧ复合焊接是将两种完全不同的热源共同作用于同一位置的焊接方法，见??图１－４所示。复合焊接过程中，激光作用在母材上会产生大量的金属蒸汽和高温等离??子体，等离子体和金属蒸汽会吸收、反射、折射激光的能量；电弧焊也伴随着力、热、??电、磁等各种效应，而电弧等离子体中的粒子成分更加复杂，各粒子还存在解离、复??合、跃迁等现象，因此，电弧与激光共同作用的过程更加复杂，并且给研究也带来更??大的难度［２２］。关于激光－ＴＩＧ复合焊接过程中的机理，国内外学者对此做了深入的研究。??图１－４激光电弧复合焊接技术示意图??Ｆｉｇ．?１－４?Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｌａｓｅｒ－ａｒｃ?ｈｙｂｒｉｄ?ｗｅｌｄｉｎｇ??Ｋｉｍ，?Ｔａｅｗｏｎ等人研究了激光对ＴＩＧ电弧等离子体和焊材金属的影响，并分析了??镁合金焊接过程中等离子体的光谱，结果表明，复合焊接过程中电弧等离子体的电子??温度低于单独ＴＩＧ焊接，而电子密度却高于ＴＩＧ焊接［２３］；?Ｃｈｅｎ，?Ｍｉｎｇｈｕａ等人为研究??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]不锈钢硫酸-硫酸铜晶间腐蚀试验结果评判研究[J]. 黄海明. 机械研究与应用. 2019(01)
[2]不锈钢压力容器焊缝错边量超标风险案例分析[J]. 强馨梦. 特种设备安全技术. 2019(01)
[3]我国不锈钢复合板材的制造技术及应用[J]. 查春和,戴燕红,杨梅梅. 轧钢. 2018(06)
[4]深熔K-TIG焊接过程的声信号采集及特征分析[J]. 梁斌,崔延鑫,石永华,崔书婉. 电焊机. 2018(10)
[5]薄壁不锈钢管用于建筑给排水的要点分析[J]. 刘云. 山西建筑. 2018(29)
[6]2020年和2025年我国不锈钢产量预测分析[J]. 鹿宁. 冶金经济与管理. 2018(03)
[7]不锈钢板贴面防护在某橡胶坝工程中的应用[J]. 杜跃普. 河南水利与南水北调. 2018(04)
[8]不锈钢激光-MAG复合焊接头微区性能研究[J]. 沈林,陈辉,徐力栋,车小莉. 材料科学与工艺. 2018(05)
[9]1.5 mm不锈钢薄板纵缝激光热导焊工艺研究[J]. 金诚,梅述文,胡佩佩,孙锡建,张登明,张小龙. 热加工工艺. 2017(19)
[10]保护气对304N不锈钢K-TIG焊接头组织性能的影响[J]. 柳阳,王秋平. 焊接. 2017(09)
博士论文
[1]低功率YAG激光+TIG复合热源焊接技术研究[D]. 郝新锋.大连理工大学 2010
[2]激光—电弧相互作用及激光-TIG复合焊接新工艺研究[D]. 吴世凯.北京工业大学 2010
硕士论文
[1]不锈钢激光-TIG复合热源双丝焊接工艺研究[D]. 王保全.机械科学研究总院 2017
[2]焊接参数对高功率光纤激光及激光-TIG复合填丝焊接气孔的影响[D]. 王诗洋.机械科学研究总院 2015
本文编号：2939655
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?３０４不锈钢焊接热裂纹现象??Ｆｉｇ．?１－２?Ｈｅａｔｉｎｇ?ｃｒａｃｋ?ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ?ｉｎ?３０４?ｓｔａｉｎｌｅｓｓ?ｓｔｅｅｌ?ｗｅｌｄｉｎｇ??
?第一章绪论???会发生共晶反应，导致焊缝区和热影响发生热裂纹。防止措施：选择恰当的焊接方??法、保证合理的热输入量、尽可能选取低氢型焊丝等。??１＾１—??图１－２?３０４不锈钢焊接热裂纹现象??Ｆｉｇ．?１－２?Ｈｅａｔｉｎｇ?ｃｒａｃｋ?ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ?ｉｎ?３０４?ｓｔａｉｎｌｅｓｓ?ｓｔｅｅｌ?ｗｅｌｄｉｎｇ??（２）焊接接头的腐蚀缺陷主要包括晶间腐蚀和应力腐蚀开裂这两种腐蚀缺陷??（见图１－３所示）。前者的原因是：不锈钢焊缝热影响区在达到敏化温度区域??（４５０？８５０°）并保持一定时间后，晶界容易析出Ｃｒ的碳化物从而形成贫铬晶界，若??在氯化物或氟化物等介质中工作时，会出现焊缝的晶间腐蚀和热影响区的敏化区腐??蚀，因此，晶粒的铬含量下降是发生晶间腐蚀的主要因素而后者的原因主要是焊??接产生的残余拉应力。防止措施：控制焊接电源的热输入，不锈钢的热输入量一般规??定每毫米不得超过１．５ｋＪ；选用低碳不锈钢焊接材料。??ｍｍ??（ａ）晶间腐蚀?（ｂ）应力腐蚀开裂??图１－３不锈钢焊接接头腐蚀缺陷??Ｆｉｇ．１－３?Ｈｅａｔｉｎｇ?Ｃｒａｃｋ?Ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ?ｉｎ?Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ?Ｓｔｅｅｌ?Ｗｅｌｄｉｎｇ??（３）烧穿和焊接变形薄板不锈钢的焊接由于自身约束度孝导热系数孝线??膨胀系数大，当焊接温度变化较快时，产生的热应力大，很容易出现烧穿和焊接变形??等缺陷，这是薄板焊接需要注意的地方。防止措施：一是要严格控制线能量，譬如选??择合适的焊接方法和工艺参数，从而提高金属熔池的表面张力，阻止熔池金属下流，??３??
合的这一概念，常见的激光电弧??复合焊接包括：激光－ＴＩＧ电弧复合焊接技术、激光－ＭＩＧ／ＭＡＧ电弧复合焊接技术、??激光－等离子复合焊接技术，其中激光－ＴＩＧ复合焊接技术是最早研究的激光电弧复合??焊接形式，尤其适用于薄板的焊接【２１］。??激光－ＴＩＧ复合焊接技术的研究主要包括两个部分：激光－ＴＩＧ复合焊接机理研究、??激光－ＴＩＧ复合焊接工艺研究。??１．３．１激光－ＴＩＧ复合焊接机理研究现状??激光－ＴＩＧ复合焊接是将两种完全不同的热源共同作用于同一位置的焊接方法，见??图１－４所示。复合焊接过程中，激光作用在母材上会产生大量的金属蒸汽和高温等离??子体，等离子体和金属蒸汽会吸收、反射、折射激光的能量；电弧焊也伴随着力、热、??电、磁等各种效应，而电弧等离子体中的粒子成分更加复杂，各粒子还存在解离、复??合、跃迁等现象，因此，电弧与激光共同作用的过程更加复杂，并且给研究也带来更??大的难度［２２］。关于激光－ＴＩＧ复合焊接过程中的机理，国内外学者对此做了深入的研究。??图１－４激光电弧复合焊接技术示意图??Ｆｉｇ．?１－４?Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｌａｓｅｒ－ａｒｃ?ｈｙｂｒｉｄ?ｗｅｌｄｉｎｇ??Ｋｉｍ，?Ｔａｅｗｏｎ等人研究了激光对ＴＩＧ电弧等离子体和焊材金属的影响，并分析了??镁合金焊接过程中等离子体的光谱，结果表明，复合焊接过程中电弧等离子体的电子??温度低于单独ＴＩＧ焊接，而电子密度却高于ＴＩＧ焊接［２３］；?Ｃｈｅｎ，?Ｍｉｎｇｈｕａ等人为研究??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]不锈钢硫酸-硫酸铜晶间腐蚀试验结果评判研究[J]. 黄海明. 机械研究与应用. 2019(01)
[2]不锈钢压力容器焊缝错边量超标风险案例分析[J]. 强馨梦. 特种设备安全技术. 2019(01)
[3]我国不锈钢复合板材的制造技术及应用[J]. 查春和,戴燕红,杨梅梅. 轧钢. 2018(06)
[4]深熔K-TIG焊接过程的声信号采集及特征分析[J]. 梁斌,崔延鑫,石永华,崔书婉. 电焊机. 2018(10)
[5]薄壁不锈钢管用于建筑给排水的要点分析[J]. 刘云. 山西建筑. 2018(29)
[6]2020年和2025年我国不锈钢产量预测分析[J]. 鹿宁. 冶金经济与管理. 2018(03)
[7]不锈钢板贴面防护在某橡胶坝工程中的应用[J]. 杜跃普. 河南水利与南水北调. 2018(04)
[8]不锈钢激光-MAG复合焊接头微区性能研究[J]. 沈林,陈辉,徐力栋,车小莉. 材料科学与工艺. 2018(05)
[9]1.5 mm不锈钢薄板纵缝激光热导焊工艺研究[J]. 金诚,梅述文,胡佩佩,孙锡建,张登明,张小龙. 热加工工艺. 2017(19)
[10]保护气对304N不锈钢K-TIG焊接头组织性能的影响[J]. 柳阳,王秋平. 焊接. 2017(09)
博士论文
[1]低功率YAG激光+TIG复合热源焊接技术研究[D]. 郝新锋.大连理工大学 2010
[2]激光—电弧相互作用及激光-TIG复合焊接新工艺研究[D]. 吴世凯.北京工业大学 2010
硕士论文
[1]不锈钢激光-TIG复合热源双丝焊接工艺研究[D]. 王保全.机械科学研究总院 2017
[2]焊接参数对高功率光纤激光及激光-TIG复合填丝焊接气孔的影响[D]. 王诗洋.机械科学研究总院 2015
本文编号：2939655
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