TC4钛合金水下激光填丝焊接控形控性工艺研究
发布时间：2021-08-21 12:27
水下激光焊接技术是一种比较高效的原位修复技术,在水下工业领域具有广泛的应用前景,可以极大地简化水下设施在陆上维修拆卸等复杂过程。而对于钛合金激光焊接技术来说,由于其焊接速度快且能得到质量较好的焊缝,同时自动化程度较高,深受当今社会的青睐,应用范围越来越广。为此,本课题对TC4钛合金水下激光填丝焊接试验方法及工艺进行了重点研究。为了将水下焊炬与激光系统进行更好地搭配,同时消除实验外部因素的影响,在实验室前人研究的基础上,首先重点探讨了通入背面保护气体流量及离焦量对焊缝成形、焊缝接头微观组织及力学性能等方面的影响规律,发现过小的保护气流量并不能够保护焊缝不被氧化,而过大的保护气流量则会使焊缝形貌变差,同时在适当的离焦量下会获得良好的焊缝。因此得到二者的最佳范围,分别是:背面气流量为35 L/min、离焦量0 mm。并在此基础上,探讨了激光功率、焊接速度及送丝速度对TC4钛合金水下激光填丝焊接焊缝形貌的影响,发现激光功率及焊接速度的变化主要是改变了激光焊接的热输入量,进而对焊缝形貌产生影响,而送丝速度的过快或过慢也会对焊缝形貌产生很大的影响。其次研究了激光功率、焊接速度及送丝速度等试验参数对...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同离焦量下焊缝熔深熔宽变化[31]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-了研究，研究结果表明，熔覆层晶粒形状主要为柱状晶，在基体与熔覆层结合处存在少量平面晶及胞状树枝晶，熔覆层顶端主要为等轴晶；微观组织由奥氏体和少量的铁素体组成，随着熔覆层层数的增加，铁素体含量增大，柱状晶间距减小，如图1-2所示。图1-2308L奥氏体不锈钢多层激光熔覆层微观组织[33](a)底部；(b)中间；(c)上部；(d)顶部AnttiSalminen[34]分析了焊件对激光束反射系数的影响因素并研究了激光填丝焊接过程中焊丝对激光束的反射机理，研究表明随着送丝速度增大、激光功率减孝激光焦距的减小，焊丝对激光束的反射系数增大，反射系数最大可达0.5；为达到最优焊接质量，送丝角度应在45°到60°之间，焊丝直径略小于工件距离，激光与焊丝的作用点应位于焊件表面或略低于表面。Yang[35]对填充新型铝镁合金进行了激光填丝焊接。通过对激光功率、焊接速度以及送丝速度进行仔细选择，以获得最小焊缝宽度和熔合区的焊缝面积。并采用田口方法对试验技术进行统计设计，优化选定的焊接参数。最后得出了试验参数对焊接质量的影响规律，试验参数的最优组合为激光功率2.4kW，焊接速度3m/min，送丝速度2m/min，并进行了验证试验，验证了优化后的参数。Ma[36]对间隙为0.5mm的2mm厚不锈钢对接接头进行了双光束激光填丝焊接。在稳定液桥模式和不稳定液滴模式下，详细研究了不同束流结构的焊丝熔化和传递行为。利用高脉冲二极管激光辅助高速摄像系统作为照明源，实时记录处理过程。通过比较研究了填充焊丝下单光束激光焊接与双光束激光焊接的焊接稳定性差异。在液桥转移模式下，结果表明与单光束激光焊接相比，液桥转移过程和焊接稳定性受到“破碎-重整”液桥串联结构形式的干扰，同时，通过在
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-并排结构中以适当的流型稳定熔池动力学来改善。Shi[37]研究发现，未熔合缺陷是厚板激光焊接中的一个挑战，这种缺陷的形成与焊缝的表面形貌有关。试验结果表明，当固化填充金属表面呈凹形时，焊接接头能形成完全熔合。同时研究了在激光多道焊接过程中，输入焊接参数与单焊道几何尺寸之间的关系，凝固金属的表面形状、填充道次和缺陷的形成起到了很大的影响。AnttiSalminen[38]研究了不同焊接和填充焊丝进给量对焊接质量和效率的影响。填充丝的应用为激光焊接工艺引入了一些新的参数。送丝位置和送丝角度对焊接过程有显著影响。焊接质量的变化，如未焊透是由于填充丝定位不准确造成的，可以通过调整填充丝的送丝速度和能量输入在一定程度上进行补偿。填充丝进给提供的过程要求不那么严格，但需要额外的能量输入到工件。Wu[39]通过采用ErNiMo-8和ER308L填充丝进行CO2激光焊接，获得了SA553与SUS304的异种接头。优化焊接工艺参数后，形成合格的焊缝组织。对ER308L焊缝组织的研究表明，ER308L焊缝中存在马氏体和奥氏体双相组织，而ERNiMo-8焊缝中只有奥氏体，如图1-3所示。对于两个接头，不仅微观结构梯度，而且在焊缝金属与母材界面附近观察到元素梯度。在室温（25°C）和低温（196°C）下进行夏比冲击和拉伸试验。低温冲击能ER308L焊件为51J，低于ERNIMO-8焊件的值为84J。两种焊件对应的低温拉伸强度分别为1070MPa和960MPa。低温拉伸两种焊接件的性能均高于相关标准的要求。考虑低温韧性时，ERNiMo-8焊件综合性能较好。图1-3焊缝微观组织图像[39](a)和(b)为ER308L；(c)和(d)为ERNIMO-8
【参考文献】：
期刊论文
[1]TC4钛合金热变形行为研究[J]. 朱晓亮,欧梅桂,张松,王亚娟,袁国建,潘春华,贺孝文. 现代机械. 2019(02)
[2]解读海工发展现状及船舶企业结构转型新机遇[J]. 沈建荣,葛晓强,袁辉,黎丽. 船舶物资与市场. 2019(02)
[3]超窄间隙激光焊接TC4钛合金接头组织及性能研究[J]. 崔冰,张华,赵常宇,邵童阁. 材料导报. 2018(S2)
[4]Microstructure,properties and first principles calculation of titanium alloy/steel by Nd: YAG laser self-fluxing welding[J]. 张义福,张华,朱政强,潘际銮. China Welding. 2018(03)
[5]迎接新机遇 应对新挑战——2018中国（北京）国际海洋工程技术与装备博览会在京落幕[J]. 杜威. 船舶物资与市场. 2018(02)
[6]海岛绿色开发及建造技术研究[J]. 韩文东,张世武. 绿色建筑. 2018(01)
[7]Friction-stir welding and processing of Ti-6Al-4V titanium alloy:A review[J]. S.Mironov,Y.S.Sato,H.Kokawa. Journal of Materials Science & Technology. 2018(01)
[8]创新驱动发展 转型迎接挑战 海洋工程技术创新发展论坛在京举办[J]. 杜威. 船舶物资与市场. 2017(02)
[9]我国大型海洋工程技术与装备科技水平快速提升[J]. 本刊专题报道. 科技促进发展. 2015(02)
[10]TC11高强钛合金激光焊接接头的显微组织与力学性能[J]. 虞鸿江,范如意,黄坚,潘丽华,王勇. 中国有色金属学报. 2015(01)
博士论文
[1]强震及失水事故下核电安全壳结构极限承载力研究[D]. 张朝弼.大连理工大学 2017
硕士论文
[1]CJ核电厂安全生产管理研究[D]. 刘涛.海南大学 2018
[2]高压环境下GMAW焊接接头组织和力学性能的研究[D]. 刘宏.北京石油化工学院 2016
[3]局部干法水下焊接工艺及焊缝质量研究[D]. 陈建平.南昌大学 2013
[4]潜标系统有限元建模及动力特性研究[D]. 付强.哈尔滨工业大学 2012
[5]变形镁合金的CO2激光填丝焊研究[D]. 徐虎.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3355600
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同离焦量下焊缝熔深熔宽变化[31]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-了研究，研究结果表明，熔覆层晶粒形状主要为柱状晶，在基体与熔覆层结合处存在少量平面晶及胞状树枝晶，熔覆层顶端主要为等轴晶；微观组织由奥氏体和少量的铁素体组成，随着熔覆层层数的增加，铁素体含量增大，柱状晶间距减小，如图1-2所示。图1-2308L奥氏体不锈钢多层激光熔覆层微观组织[33](a)底部；(b)中间；(c)上部；(d)顶部AnttiSalminen[34]分析了焊件对激光束反射系数的影响因素并研究了激光填丝焊接过程中焊丝对激光束的反射机理，研究表明随着送丝速度增大、激光功率减孝激光焦距的减小，焊丝对激光束的反射系数增大，反射系数最大可达0.5；为达到最优焊接质量，送丝角度应在45°到60°之间，焊丝直径略小于工件距离，激光与焊丝的作用点应位于焊件表面或略低于表面。Yang[35]对填充新型铝镁合金进行了激光填丝焊接。通过对激光功率、焊接速度以及送丝速度进行仔细选择，以获得最小焊缝宽度和熔合区的焊缝面积。并采用田口方法对试验技术进行统计设计，优化选定的焊接参数。最后得出了试验参数对焊接质量的影响规律，试验参数的最优组合为激光功率2.4kW，焊接速度3m/min，送丝速度2m/min，并进行了验证试验，验证了优化后的参数。Ma[36]对间隙为0.5mm的2mm厚不锈钢对接接头进行了双光束激光填丝焊接。在稳定液桥模式和不稳定液滴模式下，详细研究了不同束流结构的焊丝熔化和传递行为。利用高脉冲二极管激光辅助高速摄像系统作为照明源，实时记录处理过程。通过比较研究了填充焊丝下单光束激光焊接与双光束激光焊接的焊接稳定性差异。在液桥转移模式下，结果表明与单光束激光焊接相比，液桥转移过程和焊接稳定性受到“破碎-重整”液桥串联结构形式的干扰，同时，通过在
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-并排结构中以适当的流型稳定熔池动力学来改善。Shi[37]研究发现，未熔合缺陷是厚板激光焊接中的一个挑战，这种缺陷的形成与焊缝的表面形貌有关。试验结果表明，当固化填充金属表面呈凹形时，焊接接头能形成完全熔合。同时研究了在激光多道焊接过程中，输入焊接参数与单焊道几何尺寸之间的关系，凝固金属的表面形状、填充道次和缺陷的形成起到了很大的影响。AnttiSalminen[38]研究了不同焊接和填充焊丝进给量对焊接质量和效率的影响。填充丝的应用为激光焊接工艺引入了一些新的参数。送丝位置和送丝角度对焊接过程有显著影响。焊接质量的变化，如未焊透是由于填充丝定位不准确造成的，可以通过调整填充丝的送丝速度和能量输入在一定程度上进行补偿。填充丝进给提供的过程要求不那么严格，但需要额外的能量输入到工件。Wu[39]通过采用ErNiMo-8和ER308L填充丝进行CO2激光焊接，获得了SA553与SUS304的异种接头。优化焊接工艺参数后，形成合格的焊缝组织。对ER308L焊缝组织的研究表明，ER308L焊缝中存在马氏体和奥氏体双相组织，而ERNiMo-8焊缝中只有奥氏体，如图1-3所示。对于两个接头，不仅微观结构梯度，而且在焊缝金属与母材界面附近观察到元素梯度。在室温（25°C）和低温（196°C）下进行夏比冲击和拉伸试验。低温冲击能ER308L焊件为51J，低于ERNIMO-8焊件的值为84J。两种焊件对应的低温拉伸强度分别为1070MPa和960MPa。低温拉伸两种焊接件的性能均高于相关标准的要求。考虑低温韧性时，ERNiMo-8焊件综合性能较好。图1-3焊缝微观组织图像[39](a)和(b)为ER308L；(c)和(d)为ERNIMO-8
【参考文献】：
期刊论文
[1]TC4钛合金热变形行为研究[J]. 朱晓亮,欧梅桂,张松,王亚娟,袁国建,潘春华,贺孝文. 现代机械. 2019(02)
[2]解读海工发展现状及船舶企业结构转型新机遇[J]. 沈建荣,葛晓强,袁辉,黎丽. 船舶物资与市场. 2019(02)
[3]超窄间隙激光焊接TC4钛合金接头组织及性能研究[J]. 崔冰,张华,赵常宇,邵童阁. 材料导报. 2018(S2)
[4]Microstructure,properties and first principles calculation of titanium alloy/steel by Nd: YAG laser self-fluxing welding[J]. 张义福,张华,朱政强,潘际銮. China Welding. 2018(03)
[5]迎接新机遇 应对新挑战——2018中国（北京）国际海洋工程技术与装备博览会在京落幕[J]. 杜威. 船舶物资与市场. 2018(02)
[6]海岛绿色开发及建造技术研究[J]. 韩文东,张世武. 绿色建筑. 2018(01)
[7]Friction-stir welding and processing of Ti-6Al-4V titanium alloy:A review[J]. S.Mironov,Y.S.Sato,H.Kokawa. Journal of Materials Science & Technology. 2018(01)
[8]创新驱动发展 转型迎接挑战 海洋工程技术创新发展论坛在京举办[J]. 杜威. 船舶物资与市场. 2017(02)
[9]我国大型海洋工程技术与装备科技水平快速提升[J]. 本刊专题报道. 科技促进发展. 2015(02)
[10]TC11高强钛合金激光焊接接头的显微组织与力学性能[J]. 虞鸿江,范如意,黄坚,潘丽华,王勇. 中国有色金属学报. 2015(01)
博士论文
[1]强震及失水事故下核电安全壳结构极限承载力研究[D]. 张朝弼.大连理工大学 2017
硕士论文
[1]CJ核电厂安全生产管理研究[D]. 刘涛.海南大学 2018
[2]高压环境下GMAW焊接接头组织和力学性能的研究[D]. 刘宏.北京石油化工学院 2016
[3]局部干法水下焊接工艺及焊缝质量研究[D]. 陈建平.南昌大学 2013
[4]潜标系统有限元建模及动力特性研究[D]. 付强.哈尔滨工业大学 2012
[5]变形镁合金的CO2激光填丝焊研究[D]. 徐虎.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3355600
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