中部槽激光-MAG复合打底焊接与双丝MAG填充焊接工艺研究

发布时间：2017-10-11 06:41

  本文关键词：中部槽激光-MAG复合打底焊接与双丝MAG填充焊接工艺研究

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【摘要】：煤矿与金属开采所需的综采刮板输送机是我国重点研制开发的十大领域之一,中部槽作为刮板输送机最主要的焊接结构件,其焊接质量及使用寿命关系到整套设备的运行。目前,中部槽焊接主要以传统MAG手工焊接方法为主,手工电弧焊存在焊接效率低、焊接过程难以控制及工艺适应性差等技术难点。本文以45mm厚中部槽中板NM400与铸造槽帮ZG30Si Mn异种钢的焊接为研究对象,开展了激光-MAG复合焊接热源打底焊及双丝MAG焊接热源填充及盖面焊接工艺研究,重点针对打底焊中出现的未焊透、冷裂纹及热裂纹等问题进行研究,并分析了热输入、坡口形式及焊接材料匹配对接头组织及常规力学性能的影响,以焊缝成形质量及接头显微组织、显微硬度、拉伸强度和冲击吸收功作为评价指标,最终实现了大型刮板输送机中部槽自动化焊接。研究了激光功率、离焦量、摆动幅度及摆动频率等基础工艺参数对焊缝成形的影响规律,并分析了激光-MAG复合焊接热源在中部槽打底焊接中的优势,获得了中部槽焊接的最佳工艺参数范围。结果表明,对于不同坡口形式,在保证熔透性的前提下,选用小激光功率、正离焦及热源适当摆动可以有效地抑制焊接气孔及未熔合等缺陷,而且激光-MAG复合焊接工艺具有良好的工艺适应能力,分别在焊接间隙为0~2mm、错边量为0~2mm、钝边尺寸为2~6mm范围内的模拟工况下实现了打底焊接良好的单面焊双面成形。采用双丝MAG焊接方法进行填充及盖面焊接时,电弧适当摆动,摆动频率为20Hz,摆动幅度为1~2mm,可有效抑制未熔合、夹渣等焊接缺陷。获得了抑制中部槽打底焊接冷裂纹的有效措施,即采用激光-MAG复合焊接方法结合焊前预热,通过直Y型坡口冷裂纹敏感性试验,提出ER69-G和ER50-6两种焊接材料所需的临界预热温度分别为100℃和70℃,低强匹配焊接时,焊接材料强度级别越低,预热温度越低;反之则越高。对于中部槽打底焊接热裂纹,采用激光-MAG电弧复合焊接方法,通过宏观及微观形貌观察、扫描断口形貌及能谱成分等分析手段确定为结晶裂纹,分析了焊缝化学成分及焊接坡口形式对结晶裂纹的影响,通过降低母材稀释率及改变接头形状等方法来抑制结晶裂纹。在获得了良好的焊缝成形的焊接工艺研究基础上,分别探讨了热输入、坡口形式及焊接材料匹配对接头显微组织及硬度、拉伸、冲击等力学性能的影响规律。研究发现,热输入增加,焊缝组织由马氏体向贝氏体转变,接头强度显著下降,热输入为10~15k J/cm时,马氏体和贝氏体呈板条状交错分布,接头综合力学性能最好;双U型和双半U型坡口的接头根部力学性能优于双V型坡口,三种坡口的接头上部力学性能相近,对于整个焊接接头,双U型和双半U型坡口更佳;对比不同焊接材料匹配方式,得出低强(ER50-6)打底、高强(ER69-G)填充及盖面的阶梯式焊丝匹配方式,既能保证接头根部焊接质量又能获得良好的接头综合力学性能,并降低了预热温度。
【关键词】：中部槽 激光-MAG电弧复合焊接 打底焊接 双丝MAG 填充及盖面焊接
【学位授予单位】：机械科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG456
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-15
• 第一章 引言15-30
• 1.1 课题研究背景及意义15-16
• 1.2 中部槽研究现状16-20
• 1.2.1 中部槽材料16-17
• 1.2.2 中部槽焊接结构17-18
• 1.2.3 中部槽焊接方法18-19
• 1.2.4 中部槽焊接工艺19-20
• 1.3 中部槽焊接缺陷的产生及预防20-26
• 1.3.1 焊接冷裂纹21-23
• 1.3.2 焊接热裂纹23-25
• 1.3.3 其它焊接缺陷25-26
• 1.4 激光-电弧复合焊接技术26-29
• 1.4.1 激光-电弧复合焊接热源的特点26-28
• 1.4.2 激光-电弧复合焊接方法的应用28-29
• 1.5 试验内容29-30
• 第二章 试验条件和试验方法30-36
• 2.1 试验条件30-33
• 2.1.1 母材及焊接材料30-31
• 2.1.2 焊接结构31
• 2.1.3 试验设备31-32
• 2.1.4 焊接方法32
• 2.1.5 直Y型坡口冷裂纹敏感性试验32-33
• 2.2 焊接接头宏观缺陷及微观组织分析方法33
• 2.2.1 X射线无损探伤试验方法33
• 2.2.2 金相显微组织分析方法33
• 2.2.3 断口扫描及能谱分析方法33
• 2.3 焊接接头力学性能试验方法33-36
• 2.3.1 接头拉伸性能试验33-34
• 2.3.2 接头冲击性能试验34
• 2.3.3 接头显微硬度测试34-35
• 2.3.4 裂纹扩展特征及冲击断口形貌分析35-36
• 第三章 中部槽焊接基础工艺研究36-49
• 3.1 复合焊接热源打底焊接试验36-45
• 3.1.1 试验准备36-37
• 3.1.2 复合焊接工艺参数相关性试验37-40
• 3.1.3 中部槽打底焊接熔透性试验40-43
• 3.1.4 打底焊接工艺的工艺适应性43-45
• 3.2 双丝MAG填充及盖面焊接工艺试验45-48
• 3.2.1 双V型坡口填充及盖面焊接工艺45-46
• 3.2.2 双U型坡口填充及盖面焊接工艺46-47
• 3.2.3 双半U型坡口填充及盖面焊焊接工艺47-48
• 3.3 本章总结48-49
• 第四章 中部槽打底焊接裂纹分析49-64
• 4.1 焊接冷裂纹49-52
• 4.1.1 母材的冷裂纹敏感性49-50
• 4.1.2 直Y型坡口冷裂纹敏感性试验50-52
• 4.2 焊接热裂纹52-62
• 4.2.1 母材热裂纹敏感性52-53
• 4.2.2 焊接热裂纹的试验分析53-54
• 4.2.3 结晶裂纹的确定过程54-55
• 4.2.4 结晶裂纹产生的原因分析55-58
• 4.2.5 结晶裂纹的解决措施58-62
• 4.3 打底焊最佳焊接工艺窗口62-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第五章 中部槽焊接接头组织及力学性能研究64-77
• 5.1 焊接热输入64-70
• 5.1.1 试验设计64-65
• 5.1.2 试验结果及分析65-69
• 5.1.3 小结69-70
• 5.2 焊接坡口形式70-72
• 5.2.1 试验设计70
• 5.2.2 焊接坡口对宏观裂纹的影响70-71
• 5.2.3 焊接坡口对接头力学性能的影响71-72
• 5.2.4 小结72
• 5.3 焊接材料匹配72-74
• 5.3.1 试验设计72
• 5.3.2 焊接材料匹配对宏观裂纹的影响72-73
• 5.3.3 焊接材料匹配对接头性能的影响73-74
• 5.3.4 小结74
• 5.4 冲击断口分析74-76
• 5.4.1 不同缺口位置的冲击断口形貌75-76
• 5.4.2 不同热输入的冲击断口形貌76
• 5.5 本章小结76-77
• 第六章 结论77-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-83
• 在学期间发表的学术论文和参加科研情况83

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本文编号：1011052