E40/304L异种钢超声辅助水下湿法焊接工艺研究

摘要

近年来，异种钢焊接构件在海洋工程中应用越来越广，其随之而来的水下修复问题也日渐受到重视。本课题针对超声辅助焊接的特点以及异种钢水下湿法焊接的难点，提出采用超声辅助异种钢水下湿法焊接的方法，力求通过超声作用影响焊接过程，改善焊接接头组织，减少缺陷，以提高异种钢水下湿法焊接的接头质量。
　　首先进行了异种钢超声辅助水下湿法工艺试验。在正交试验得到了最佳堆焊工艺参数的基础上进一步实验发现，当送丝速度为9m/min，焊接电压为30V，焊接速度为2.5mm/s，导电嘴到工件之间的距离为15mm时，得到的焊缝成形最好。随着焊接电压的增加，熔宽逐渐增大，余高逐渐较小，熔深变化不明显；随着送丝速度的增加，熔宽逐渐增大，余高也逐渐增大，熔深变化不明显；随着焊接速度的增加，熔宽逐渐减小，余高也逐渐减小，熔深变化不明显。当辐射端高度为70mm时，超声作用对焊缝表面成形质量的改善效果最为明显。异种钢超声辅助水下湿法焊接的对接焊缝成形质量明显优于异种钢常规水下湿法焊接。
　　然后研究了辐射端高度、焊接电压和送丝速度对电弧稳定性的影响规律。当辐射端高度为70mm时的电弧稳定性最佳。随着焊接电压的不断增加，两种焊接方法的电弧稳定性都先提高后降低。当焊接电压为30V时，焊接电弧的稳定性最高。随着焊接电压的不断增加，焊接过程中的熔滴过渡模式从短路过渡向短路过渡和自由过渡的混合过渡再向自由过渡转变。超声作用能够降低断弧时间比例和短路时间比例，提高燃弧时间比例，从而提高电弧稳定性。随着送丝速度的不断增加，两种焊接方法的电弧稳定性都随之降低。随着送丝速度的不断增加，焊接过程中的熔滴过渡模式从自由过渡向短路过渡和自由过渡的混合过渡转变。
　　最后研究了超声作用对异种钢水下湿法焊接接头的微观组织和力学性能的影响。接头的微观组织分析表明：焊缝区的微观组织为奥氏体和δ铁素体；E40侧的热影响区包括粗晶区、细晶区、不完全淬火区和回火区四部分；304L侧的热影响区组织为粗化的奥氏体组织。超声作用能够促使焊缝中心粗大的柱状晶组织向细小的等轴晶转变。在超声作用下，E40侧的熔合区宽度显著降低，合金元素混合更加均匀。超声作用下，接头的抗拉强度得到提高，此时接头的拉伸断口为典型的韧性断口，不施加超声时接头的拉伸断口具有韧性断口和脆性断口的混合特征。超声作用下，焊缝的冲击韧度得到提高，此时焊缝的冲击断口为典型的韧性断口，不施加超声时焊缝的冲击断口具有韧性断口和脆性断口的混合特征。超声作用能够提高焊缝区的硬度。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景与研究意义

1.2 水下湿法焊接的研究现状

1.3 超声波在焊接中的应用

1.4 异种钢焊接的研究现状

1.5 主要研究内容

第2章 试验材料、设备及方法

2.1 试验材料

2.2 试验设备及过程

2.3 试验分析与测试方法

第3章 异种钢超声辅助水下湿法焊接工艺试验

3.1 前期工艺试验探索

3.2 焊接参数对焊缝成形的影响

3.3 辐射端高度对焊缝成形的影响

3.4 异种钢水下湿法对接试验研究

3.5 本章小结

第4章 异种钢超声辅助水下湿法焊接电弧稳定性研究

4.1 辐射端高度对电弧稳定性的影响

4.2 焊接电压对电弧稳定性的影响

4.3 送丝速度对电弧稳定性的影响

4.4 本章小结

第5章 异种钢超声辅助水下湿法焊接接头微观组织和力学性能分析

5.1 典型接头微观组织分析

5.2 超声作用对异种钢水下湿法焊接接头微观组织的影响

5.3 超声作用对异种钢水下湿法焊接接头力学性能的影响

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果

声明

致谢