不同焊接工况对激光焊接接头组织影响的研究

发布时间：2017-09-14 09:34

  本文关键词：不同焊接工况对激光焊接接头组织影响的研究

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【摘要】：激光焊接具有熔深大、工艺稳定性好、焊接速度快、变形小、间隙桥接能力强等优点。近年来,该技术在发达国家受到了广泛关注并得到了积极的研究,在汽车、石油、船舶、压力容器等领域极富发展前景。本文采用低碳钢和不锈钢材料从基础工艺、保护气体、热源相互作用机理、接头微观组织和力学性能等方面入手,对激光焊、激光-电弧复合焊和振动激光焊接技术的工艺和机理进行了系统深入的研究。主要研究成果如下：采用光纤激光器进行焊接试验,对两种冷却方法(空冷和水冷)下的焊后焊缝和热影响区的组织性能和显微硬度进行了分析。结果表明,同样的焊接参数下水冷后的焊缝宽度比空冷后的焊缝宽度窄。空冷和水冷后的焊缝组织都为铁素体和珠光体,略呈魏氏组织,但空冷后焊缝晶粒较大,先共析铁素体呈块状析出；水冷处理后焊缝中柱状晶细长,片间距较窄,先共析铁素体呈片状,魏氏组织出现较少。空冷后的焊缝和热影响区的宽度都大于水冷处理下相应的相区的宽度。所有试样的焊缝硬度都高于HAZ和母材,且水冷后的焊缝硬度略高于空冷条件下焊缝的硬度。使用5kW光纤激光焊和MIG焊复合,对3mm厚316不锈钢试板进行对接焊。研究不同间隙情况下焊缝的宏观形貌、微观组织和显微硬度。首先研究了复合焊中激光与电弧前后位置对焊缝成形的影响。结果表明,电弧在前激光在后,焊缝上表面成形均匀饱满；而激光在前电弧在后,焊缝表面不连续。然后固定激光和电弧的参数,改变接头间隙进行激光-电弧复合焊接。结果表明,焊缝的余高和焊缝宽度随接头间隙的增大而减小。对接间隙小于板厚的25%时,焊缝成形好且组织均匀致密。对接间隙的变化对焊缝显微硬度影响不大,但由于陶瓷衬垫中部分杂质参与熔池反应,在对接间隙为板厚的20%的接头中,焊缝顶部和焊缝底部的显微硬度有所差别。焊缝顶部显微硬度为383.7HVo.2,焊缝底部硬度为423.5HVo.2。选用316不锈钢作试验材料,利用激光与振动相结合的焊接方法,通过改变机械振动参数和焊接速度,对比分析了不同振动频率和焊接速度下焊接接头的微观组织形貌。结果表明,机械振动可以细化焊后组织中形成的柱状晶,使柱状晶枝破碎且向不同方向生长,晶轴间与焊缝中心处的等轴晶增加。在提高焊接速度后,振动的加入能够细化焊缝区出现的粗大柱状晶。同时,振动可以减少焊后在奥氏体基体晶界处形成的网状新相和点状颗粒物。试验还对焊接接头进行了显微硬度测试,发现较高共振频率下焊缝区组织硬度增加明显。
【关键词】：光纤激光焊接 激光-电弧复合焊接 振动激光焊接 冷却速度 接头间隙 组织分析 拉伸试验 硬度分析
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG456.7
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 课题背景及意义12-13
• 1.2 激光焊接工艺及研究现状13-15
• 1.2.1 冷却速度对焊接质量影响13-14
• 1.2.2 冷却速度对焊缝质量的影响的研究现状14-15
• 1.3 激光-电弧复合焊接15-17
• 1.3.1 激光-电弧复合焊接机理研究15-16
• 1.3.2 激光-电弧复合焊接的研究现状16-17
• 1.4 振动激光焊接17-20
• 1.4.1 振动焊接对焊缝质量的影响18
• 1.4.2 振动激光焊接的研究现状18-20
• 1.5 本文研究内容20-21
• 第二章 试验材料、设备及方法21-27
• 2.1 试验材料21-23
• 2.2 试验设备与方法23
• 2.2.1 KUKA KR60 KA六轴机器人及工作台23
• 2.2.2 激光器23
• 2.2.3 电弧焊机23
• 2.2.4 激振器23
• 2.3 试验方法23-25
• 2.4 测试方法25-27
• 2.4.1 金相组织制样与分析25-26
• 2.4.2 扫描电镜分析26
• 2.4.3 显微硬度测试26
• 2.4.4 拉伸试验26-27
• 第三章 随焊冷却对激光焊接组织和性能的影响27-40
• 3.1 Q235低碳钢的激光焊接方法27-29
• 3.2 焊接接头的形貌分析及组织分析29-37
• 3.2.1 焊接接头形貌分析29-32
• 3.2.2 接头熔深和熔宽的分析32-33
• 3.2.3 接头显微组织分析33-37
• 3.3 接头力学性能37-40
• 3.3.1 显微硬度测试分析37-40
• 第四章 间隙对激光-电弧复合焊接接头成形影响的研究40-51
• 4.1 试验方法40-41
• 4.2 接头成形分析41-44
• 4.3 接头组织分析44-46
• 4.4 显微硬度分析46-48
• 4.5 拉伸试验分析48-51
• 第五章 振动对激光焊接接头质量的影响的研究51-62
• 5.1 试验方法51-52
• 5.2 振动焊接焊缝的形貌及组织52-54
• 5.2.1 焊缝的表面形貌52
• 5.2.2 焊缝的微观组织52-54
• 5.3 振动对焊缝质量的影响54-60
• 5.3.1 振动频率对表面形貌的影响54-55
• 5.3.2 振动加速度对焊熔池熔宽的影响55-56
• 5.3.3 振动频率对焊缝组织的影响56-60
• 5.4 振动激光焊接焊缝的力学性能60-62
• 5.4.1 显微硬度分析60-62
• 第六章 不同工况改善激光焊接接头质量的机理62-74
• 6.1 冷却条件对激光焊接的影响62-65
• 6.1.1 晶体凝固的热力学条件62-63
• 6.1.2 晶体的形核率与冷却速度的关系63
• 6.1.3 晶粒的长大速度与冷却速度的关系63
• 6.1.4 晶粒大小的控制63-65
• 6.2 激光-电弧复合焊对接头成形的影响65-70
• 6.2.1 激光-电弧复合焊的特点和应用65-66
• 6.2.2 激光与电弧间距对熔深、熔宽的影响66-67
• 6.2.3 激光-电弧复合焊参数对熔透状态的影响67-69
• 6.2.4 间隙对熔透状态的影响69-70
• 6.3 振动改善激光焊接接头的机理70-74
• 6.3.1 振动对晶粒尺寸的影响70-73
• 6.3.2 振动对焊接缺陷的影响73-74
• 第七章 结论74-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士期间发表的学术论文及取得的相关科研成果80-81
• 致谢81

【参考文献】

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1 肖荣诗;吴世凯;;激光-电弧复合焊接的研究进展[J];中国激光;2008年11期

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本文编号：849259