铁白铜及其异种金属的激光焊接与性能研究

发布时间：2017-08-25 09:03

  本文关键词：铁白铜及其异种金属的激光焊接与性能研究

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【摘要】：BFe30-1-1具有优良的耐蚀性,其作为海洋工程重要材料,往往涉及到与异种材料的焊接。本论文采用美国IPG光纤激光器及ABB六轴焊接机器人,选用BFe30-1-1与Q235、304L不锈钢激光焊接工艺做了研究,并用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、万能拉伸试验机及显微硬度仪分别对焊接接头的微观组织、拉伸断口、抗拉强度和硬度进行测试和分析。选取激光功率、焊接速度和离焦量三个因素,用正交试验设计BFe30-1-1激光焊接试验,激光功率的水平分别取1.5KW、1.8KW、2.1KW,焊接速度的水平分别取25mm/s、30mm/s、35mm/s,离焦量的水平分别取1mm、0mm、-1mm。在所选因素水平范围内,激光功率对焊接接头抗拉强度影响最大,而焊接速度和离焦量影响不明显。焊接工艺参数不同,焊缝中心组织都为树枝晶和等轴晶α固溶体,熔合区为柱状晶。焊接接头断裂方式为韧性断裂,断裂位置位于熔合线。焊接接头的硬度较母材略有下降。激光功率2.1KW、焊接速度30mm/s、离焦量1mm为最佳工艺参数,此时焊接接头的抗拉强度为308MPa。在激光功率1.5KW,焊接速度23mm/s,离焦量-1mm时,设计激光束偏铜侧、置中及偏钢侧,且进行添加2组镍片的BFe30-1-1与Q235激光焊接试验。焊缝Fe含量远高于Cu和Ni时,焊缝出现裂纹,接头强度为345MPa且断裂方式为脆性断裂。当Fe含量低于Cu和Ni及三者含量基本相近时,焊缝未出现裂纹,接头强度为385MPa且断裂方式为韧性断裂。添加镍片的焊缝Ni含量较高,焊缝未发现裂纹,接头断裂在Q235钢一侧,接头抗拉强度超过400MPa。焊缝组织主要是(γFe,Ni)及Cu-Ni固溶体。焊缝硬度高于两侧母材。选取激光功率、焊接速度和离焦量三个因素,用正交试验设计BFe30-1-1与304L不锈钢的激光焊接试验,激光功率的水平分别取1.4KW、1.5KW、1.6KW,焊接速度的水平分别取20mm/s、22mm/s、24mm/s,离焦量的水平分别取-2mm、-1mm、0mm。在所选因素水平范围内,激光功率、焊接速度和离焦量对焊接接头抗拉强度影响都不明显。焊缝组织主要是γ组织和Cu-Ni单相固溶体。焊缝硬度高于铜母材硬度但低于304不锈钢。激光功率1.5KW,焊接速度22mm/s,离焦量0mm时,焊接接头抗拉强度为375MPa,焊缝中Fe元素含量较高且出现较多的热裂纹,接头的断裂方式为脆性断裂。其他焊接工艺参数下的焊接接头断裂方式为韧性断裂,断裂位置位于铜侧熔合线。
【关键词】：BFe30-1-1 异种材料 激光焊 正交试验 接头性能
【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14-24
• 1.1 项目背景14
• 1.2 铜钢异种材料连接技术的现状14-17
• 1.2.1 异种材料的焊接方法14-15
• 1.2.2 Cu/Fe激光焊接性分析15-16
• 1.2.3 铜-钢异种金属焊接发展现状16-17
• 1.3 激光焊接综述17-21
• 1.3.1 激光加工技术的兴起17-18
• 1.3.2 激光焊原理及特点18-19
• 1.3.3 激光焊接的分类19-20
• 1.3.4 激光焊工艺参数20-21
• 1.4 激光焊接在异种材料焊接中的发展现状21-22
• 1.5 铜钢激光焊接的发展现状22-23
• 1.6 本文研究内容23-24
• 第2章 试验设备材料及研究方法24-29
• 2.1 试验材料24
• 2.2 试验测试设备24-27
• 2.2.1 激光焊接设备24-25
• 2.2.2 激光焊接试验夹具25-26
• 2.2.3 扫描电子显微镜26
• 2.2.4 能量色散谱仪26-27
• 2.3 性能测试27-29
• 2.3.1 拉伸试验27
• 2.3.2 焊缝形貌及组织观察27
• 2.3.3 硬度试验27-28
• 2.3.4 焊接试样断口扫描电镜试验28
• 2.3.5 焊缝EDS元素分析试验28-29
• 第3章 BFe3011 激光焊接工艺及接头性能29-45
• 3.1 引言29
• 3.2 基于正交试验的BFe3011 激光焊接试验29-36
• 3.2.1 BFe3011 激光焊接试验方案设计29
• 3.2.2 试验指标的选取29
• 3.2.3 试验因素的确定29-30
• 3.2.4 试验因素水平的确定30
• 3.2.5 正交表的确定30-31
• 3.2.6 数据分析31-35
• 3.2.7 正数据分析结论35-36
• 3.3 BFe3011 激光焊焊接接头性能的研究36-44
• 3.3.1 焊接试样宏观形貌分析36
• 3.3.2 焊缝微观形貌分析36-37
• 3.3.3 焊接接头显微组织分析37-41
• 3.3.4 BFe3011 激光焊焊接接头拉伸断口分析41-43
• 3.3.5 BFe3011 激光焊焊接接头硬度43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 BFe3011 与Q235钢激光焊接工艺及接头性能45-72
• 4.1 引言45
• 4.2 BFe3011 与Q235钢激光焊接工艺设计45-47
• 4.3 BFe3011 与Q235钢激光焊接组织性能分析47-70
• 4.3.1 焊接试样宏观形貌分析47-48
• 4.3.2 焊缝中Cu、Ni和Fe的含量48-63
• 4.3.3 焊缝显微组织63-66
• 4.3.4 焊接接头拉伸性能及拉伸试样断口形貌66-69
• 4.3.5 焊接接头硬度分析69
• 4.3.6 焊接接头缺陷分析69-70
• 4.4 本章小结70-72
• 第5章 BFe3011 与304不锈钢激光焊接工艺及接头性能72-87
• 5.1 引言72
• 5.2 基于正交试验的BFe3011 与304不锈钢激光焊接试验72-78
• 5.2.1 BFe3011 与304不锈钢激光焊接试验工艺参数72-73
• 5.2.2 数据分析73-77
• 5.2.3 试验数据结论77-78
• 5.3 BFe3011 与304不锈钢激光焊接接头性能研究78-86
• 5.3.1 焊缝中元素的分布及含量78-83
• 5.3.2 焊接接头显微组织分析83-84
• 5.3.3 焊接接头拉伸断口分析84-85
• 5.3.4 接接头硬度分析85-86
• 5.4 本章小结86-87
• 结论87-88
• 参考文献88-93
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文93-94
• 致谢94-95
• 详细摘要95-98

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本文编号：736201