SMA490BW耐候钢激光填丝焊熔滴过渡行为及接头组织性能研究

发布时间：2020-05-22 12:40

【摘要】：激光焊作为高能束的焊接方法,具有能量密度高、焊缝深宽比大、热影响区窄、焊接效率高等特点。但激光填丝焊过程中影响焊缝成形的因素较多,材料的加热、熔化及焊丝的熔入行为对焊缝的质量有重要的影响,阐明不同参数条件下焊丝的熔入行为及焊缝的熔化成形规律对得到焊缝成形良好、无焊接缺陷的焊接接头十分重要。本文针对8mm的SMA490BW耐候钢,采用激光填丝焊方法进行焊接,通过研究不同焊接工艺参数条件下熔滴的过渡形式、建立不同熔滴过渡行为下的物理受力模型,分析焊缝成形的影响因素,从而揭示了焊接过程中焊丝的熔入行为。通过焊接接头不同部位的组织分析和力学性能测试,阐明了“焊接工艺—焊丝熔入行为—焊缝成形—接头组织与性能”之间的相关性,从而为高速列车转向架用耐候钢激光填丝焊的应用奠定理论和工艺基础。试验结果表明:在激光填丝焊中,熔滴过渡的主要形式是铺展过渡、液桥过渡和大滴过渡。当光丝交汇点高度为0mm时,熔滴过渡为铺展过渡,焊接过程中焊丝会产生抖动,影响焊接过程的稳定性;当光丝交汇点高度为1-2mm时,熔滴的过渡形式从铺展过渡转变为液桥过渡,此时焊缝表面成形最好,焊接飞溅最少,焊接过程稳定;随着光丝交汇点高度的增加,熔滴过渡形式转变为大滴过渡,焊接飞溅显著增加,熔滴过渡频率也是随着光丝交汇点高度的增加而降低。熔滴的生长位置主要分为端面位置和切面位置,端面位置的熔滴会在焊接过程中间接提升光丝交汇点高度,导致熔滴过渡形式及频率发生变化。通过不同熔滴过渡行为下的物理受力模型分析可知,在液桥过渡物理模型中,熔滴以受力平衡的状态过渡至熔池。而在大滴过渡的物理模型中,熔滴最终以受力不平衡的状态过渡至熔池,并在理想状态下,合力和重力的和值与熔滴表面张力的差值会逐渐增加。通过对激光功率、焊接速度、送丝速度及离焦量对焊缝熔深、熔宽的影响研究发现,激光功率对焊缝的焊缝几何形状参数有很大的影响,当激光功率从4kW增加至5.5kW时,焊缝熔深增加22%焊缝熔宽增加40.4%。随离焦量从-10mm转变为10mm,焊缝的熔深及熔宽是呈现先增加后减小的趋势,当离焦量为-5mm焊缝的熔深及熔宽达到最大值分别为7.1mm和6mm,相对于离焦量为5mm时,熔深增加26.8%熔宽增加11.1%。当焊接速度从0.6m/min增加至0.96m/min,焊缝熔宽降低39.7%,焊缝的熔深变化趋势不明显。随着送丝速度的增加,作用在工件上的热量降低,当送丝速度从1m/min增加至4m/min,焊缝熔深降低10%。8mmSMA490BW耐候钢激光填丝焊的最佳工艺参数为:激光功率5.5kW,焊接速度0.72m/min,送丝速度1m/min,离焦量-5mm,光丝交汇点高度为1mm。SMA490BW耐候钢激光填丝焊接头在上半部组织相对于下半部区域组织较为粗大。焊缝整体的最高硬度位于上表层的热影响区,最高硬度为310HV,相比于激光自熔焊,激光填丝焊焊缝中心的硬度低于激光自熔焊焊缝中心硬度。激光填丝焊及激光自熔焊接头拉伸试验断裂位置都位于母材。在低温冲击性能对比中,激光填丝焊的冲击韧性大于激光自熔焊。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG456.7

【参考文献】