机械振动对激光填丝焊接接头组织和疲劳性能影响

发布时间：2020-12-23 20:51

　　针对激光填丝焊接过程中存在气孔、飞溅、夹渣和疲劳性能差等缺点,课题组提出了基于机械振动技术的激光填丝焊接方法。课题组采用机械振动与激光填丝焊接相耦合的方法研究了机械振动对焊缝形貌、组织、力学性能和断裂机理的影响。结果表明:机械振动可以改善316不锈钢焊接接头,减少焊缝中的柱状晶,增加树枝晶和等轴晶,提高了焊缝硬度; 3种振动频率下焊接接头的残余应力均较高,与振动频率0和524 Hz相比,1 055 Hz振动频率的焊缝残余应力更低;疲劳断口均呈解理断裂,但是与524 Hz振动频率相比,1 055 Hz振动频率具有更低的裂纹扩展率,更好的疲劳性能。 

【文章来源】：轻工机械. 2020年03期

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

疲劳试样尺寸

在不同的振动频率下，激光填丝焊接接头背面形貌如图2所示。从图2中可以看出，在无振动下焊接，焊缝背面熔池较窄，有少许的飞溅，并且熔池驼峰分布不均匀，大小不一。在振动频率为524 Hz下，焊缝熔池几乎无飞溅，熔池驼峰分布均匀，大小基本一致，但是不连续。在驼峰处的焊缝宽度大于无振动下的熔池宽度。在振动频率1 055 Hz下，焊缝背面成型最好，无驼峰和飞溅，相较于前2种焊接，此时的焊缝背面熔池最宽。这是因为机械振动对熔池起搅拌的作用，熔池流动加快，使激光能量更加均匀地分布在熔池中，避免了激光束能量不稳定带来的焊缝成型缺陷[6]。对不同振动频率下的焊缝宽度进行测试，结果如图3所示。从图3中可以看出焊缝宽度随着振动频率增加而减小。从图2中焊缝背面熔池宽度也印证了这一点。这是因为在激光焊接过程中，施加的机械振动加剧了对熔池的搅拌[7]，熔池内部流动加速，激光能量随着熔池流动向下传递，在熔池流动和热传导的相互激励作用下，熔池底部(即焊缝背面)聚集了更多的热量，所以焊缝上表面宽度逐渐变窄，焊缝背面变宽。

图4所示为不同机械振动频率下316不锈钢焊接接头纵截面的金相显微组织。从图4中可以看出，焊缝都有明显的熔合线和热影响区较窄的特点，并且液态熔池凝固方向近乎垂直于熔合线。母材呈明显的奥氏体晶粒。对于未施加机械振动的试样，焊缝区金相组织在明显的凝固结晶方向存在大量的柱状晶和树枝晶，等轴晶较少;当施加机械振动时，如图4(b)和(c)所示，随着振动频率的增加，焊缝中柱状晶和树枝晶逐渐减少，等轴晶逐渐增加。这是因为在焊接过程中，机械振动加剧了焊缝液态熔池流动，即液态熔池冲刷力的增大加剧了柱状晶破碎的倾向性，部分柱状晶断裂形成树枝晶和等轴晶，离散分布在柱状晶之间。图4 不同振动频率对焊缝纵截面显微组织影响

【参考文献】：
期刊论文
[1]机械振动对高强钢焊接接头组织与性能的影响[J]. 由国艳,崔天凯,陈立.  热加工工艺. 2019(03)
[2]1060Al高频微振激光焊接接头气孔及组织[J]. 蔡遵武,卢庆华,张成,张巍.  焊接学报. 2019(01)



本文编号：2934339