高强钢厚板窄间隙激光填丝焊工艺及接头性能研究

发布时间：2017-06-27 11:11

  本文关键词：高强钢厚板窄间隙激光填丝焊工艺及接头性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文主要对厚板的窄间隙激光填丝焊焊接工艺进行了试验研究,采用正离焦的光束模式,使激光光斑同时作用于窄间隙坡口侧壁及底部,以单道多层的焊接方式实现厚板的有效连接。首先以厚12mm的CCS-B船用低碳钢为试验材料,分别进行了试板表面的激光填丝堆焊、窄间隙坡口内的激光填丝焊,研究总结了激光填丝焊接中各工艺参数对焊缝成形的影响规律,并对工艺参数进行优化,将其用于更大板厚的焊接。结果表明:激光功率及离焦量对熔深贡献较大,随着激光功率的增大,熔深也随之增加;离焦量越小,激光功率密度越高,熔深越深。此外,参数匹配的不同,将导致不同的焊缝表面形态,主要分三种:焊缝表面向上凸起,近似于球面;表面平直,焊缝与侧壁之间近似于直角;焊缝表面下凹的曲面形态。试验结果表明:焊缝表面下凹形态有利于在下道焊缝填充焊接时减少未熔合缺陷。采用优化的工艺参数对30mm厚的EQ70高强钢进行窄间隙激光填丝焊试验研究,焊后对接头各区域微观组织进行观察分析以及力学性能的测试,结果表明:只经历一次热循环作用的焊缝区组织主要为上贝氏体+一定量的针状铁素体以及少量的粒状贝氏体;受二次热循环作用的焊缝组织主要为针状铁素体+少量粒状贝氏体。对焊接接头进行硬度及拉伸性能测试,激光自熔焊焊缝由于急冷急热的作用,淬硬倾向大,硬度值最高。经历二次热循环作用的焊缝及热影响区硬度显著下降,并趋于均匀化。拉伸试样在无未熔合缺陷时均断于母材,表明窄间隙激光填丝焊焊缝强度高于母材;对拉伸断口微观形貌进行分析,表明氧化物是导致未熔合缺陷的一个重要因素。本文将厚板的窄间隙激光填丝焊与活性气体保护电弧焊焊接方法进行力学性能的对比分析,结果表明:活性气体保护电弧焊接头焊缝出现了不同程度的脆化与软化现象,导致拉伸断裂均断裂于焊缝处;而窄间隙激光填丝焊焊缝在不出现未熔合缺陷的情况下均断裂于母材处,表明焊缝强度高于母材。残余应力测试结果表明,采用窄间隙激光填丝焊接方法获得的接头残余应力峰值显著降低,同时拉应力区域也较小。
【关键词】：厚板 窄间隙 激光填丝焊 工艺研究 接头组织 力学性能
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG456.7
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-26
• 1.1 研究背景及意义14-15
• 1.2 厚板的焊接方法15-16
• 1.3 厚板激光自熔焊接技术国内外研究现状16-17
• 1.4 激光-电弧复合焊接技术的研究现状17-18
• 1.5 厚板窄间隙激光填丝多层焊接技术国内外研究现状18-23
• 1.6 窄间隙激光填丝焊原理、工艺特点及存在的问题23-24
• 1.7 本文的主要研究内容24-26
• 第2章 试验设备及研究方法26-30
• 2.1 光纤激光窄间隙填丝焊接系统26-28
• 2.1.1 激光器26-27
• 2.1.2 焊接机器人27
• 2.1.3 试验装置27-28
• 2.2 焊接接头微观组织与性能分析28-30
• 2.2.1 焊接接头微观组织观察28
• 2.2.2 焊接接头力学性能测试及设备28-30
• 第3章 厚板窄间隙激光填丝焊焊接工艺研究30-56
• 3.1 引言30
• 3.2 试验材料30-31
• 3.3 试验设计31
• 3.4 试板表面激光填丝堆焊焊接工艺参数优化31-42
• 3.4.1 激光功率的影响31-34
• 3.4.2 焊接速度的影响34-36
• 3.4.3 送丝速度的影响36-39
• 3.4.4 离焦量的影响39-42
• 3.5 窄间隙坡口内激光填丝焊焊接工艺参数优化42-49
• 3.5.1 激光功率对焊缝成形的影响43-45
• 3.5.2 离焦量对焊缝成形的影响45-47
• 3.5.3 窄间隙激光填丝焊熔池形态及其影响因素47-49
• 3.5.4 试验工艺参数窗口的优化49
• 3.6 50mm厚Q345D低合金高强钢窄间隙激光填丝焊试验研究49-53
• 3.7 本章小结53-56
• 第4章 EQ70高强钢窄间隙激光填丝焊试验研究56-76
• 4.1 引言56
• 4.2 试验材料56
• 4.3 30mm厚高强钢厚板的窄间隙光纤激光填丝焊接56-59
• 4.4 高强钢厚板窄间隙激光填丝焊接接头显微组织59-65
• 4.4.1 激光自熔焊区域微观组织60-61
• 4.4.2 首道激光填丝焊缝微观组织61-62
• 4.4.3 表层及受二次热循环作用焊缝微观组织形貌62-65
• 4.5 高强钢厚板窄间隙激光填丝焊接接头力学性能65-71
• 4.5.1 接头显微硬度测试与分析65-67
• 4.5.2 焊接接头拉伸性能67-68
• 4.5.3 接头拉伸断口形貌68-71
• 4.6 30mm厚EQ70高强钢窄间隙激光填丝焊残余应力测试71-75
• 4.6.1 小孔法测残余应力原理71-73
• 4.6.2 残余应力测试过程及结果分析73-75
• 4.7 本章小结75-76
• 第5章 30mm厚EQ70高强钢活性气体保护电弧焊试验研究76-92
• 5.1 引言76
• 5.2 高强钢厚板的活性气体保护焊试验研究76-79
• 5.3 高强钢厚板活性气体保护焊接头显微组织79-80
• 5.4 高强钢厚板活性气体保护焊接头力学性能80-85
• 5.4.1 接头显微硬度测试与分析80-82
• 5.4.2 焊接接头拉伸性能82-83
• 5.4.3 接头拉伸断口形貌83-85
• 5.5 30mm厚EQ70高强钢厚板残余应力测试85-87
• 5.6 EQ70高强钢MAG焊与窄间隙激光填丝焊力学性能对比87-90
• 5.6.1 焊缝硬度分布对比87-88
• 5.6.2 拉伸性能对比88
• 5.6.3 焊接残余应力对比88-90
• 5.7 本章小结90-92
• 结论92-94
• 参考文献94-100
• 攻读硕士期间发表或已录用的学术论文100-102
• 致谢102-103
• 大摘要103-107

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