SUS304不锈钢激光-MIG复合焊接工艺及机理研究

摘要

激光-MIG复合焊作为一种新型的焊接方法，把两种热源结合在一起，结合了各自的优势，克服了各自的缺点，具有焊接熔深大、焊接速度快、变形小、焊接间隙适应性好等优点，是目前焊接研究的热点。SUS304不锈钢作为一种最常见的奥氏体不锈钢，由于其具有良好抗腐蚀性能，在工业生产中被广泛应用。本文针对8mm的SUS304不锈钢，采用激光-MIG复合焊的方法进行焊接，研究复合焊过程中的熔滴过渡行为，阐明了激光与电弧的作用机理，并在此基础上优化了焊接工艺，对复合焊接头的组织特征和力学性能进行了测试分析。
　　采用高速摄像技术对激光-MIG复合焊的熔滴过渡行为进行拍摄观察，研究激光了不同工艺参数对激光-MIG复合焊熔滴过渡形式、熔滴过渡频率及熔滴尺寸的影响规律。激光-MIG复合焊由于激光的加入，使熔滴除了受到原有电弧焊所受到的力外，还受到金属蒸汽的反作用力和激光与电弧之间产生的电磁力。在激光-MIG焊过程中，随着激光功率的增大，熔滴的过渡方式由射滴过渡变为短路过渡，熔滴的尺寸逐渐变大，熔滴过渡频率降低；随着光丝间距的增加，熔滴过渡由短路过渡变为射滴过渡，当光丝间距为2mm时，熔滴过渡最稳定，当光丝间距大于4mm时，熔滴过渡不稳定，且激光与MIG之间协同效应变差，不能体现激光-MIG复合焊的优势；在激光-MIG复合焊不锈钢过程中，当焊接电流小于200A时，熔滴过渡为短路过渡，当焊接电流在200A到225A时熔滴过渡为射滴过渡，当焊接电流达到250A时，熔滴过渡又变为短路过渡。但熔滴过渡频率随着焊接电流的增加，在不断增大。
　　通过平板堆焊工艺试验结果表明，激光-MIG复合焊过程中，激光与电弧存在最佳匹配关系。当电流为200A时，激光功率为3kW时，激光与电弧的耦合效果最好，可以得到最佳的焊缝成型；电弧在前时的焊缝成型要比电弧在后的焊缝成型好。当光丝间距为2mm时，焊缝成型最好。激光-MIG复合焊8mm的SUS304不锈钢的最佳工艺参数为：激光功率为5kW，焊接电流为220A，焊接速度为1.68m/min，采用电弧在前的方式，光丝间距DLA=2mm，离焦量?d=-5mm。该焊接工艺的间隙适用范围为0~1mm。
　　激光-MIG复合焊激光区的晶粒组织要比电弧区的细小，激光区产生了细小的等轴晶。复合焊的接头抗拉强度达到了699MPa，与母材的强度相当近，且接头的塑性良好，延伸率为53.7％；激光自熔焊焊接头抗拉强度为619MPa，接头延伸率为32%。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 奥氏体不锈钢的特性

1.3激光焊接技术

1.4激光-电弧复合焊接技术

1.5本课题主要研究内容

第2章 试验材料、设备及方法

2.1 试验材料

2.2 试验设备

2.3焊接工艺试验过程

2.4 焊接接头微观组织与性能分析

第3章 激光-MIG复合焊熔滴过渡特性

3.1熔化极气保护焊的熔滴过渡形式

3.2引入激光对高速MIG焊熔滴过渡的影响

3.3焊接参数对激光-MIG复合焊熔滴过渡的影响

3.4本章小结

第4章 不锈钢激光-MIG复合焊接工艺试验及参数优化

4.1激光-MIG复合焊接参数对焊缝成型的影响

4.2平板对接激光-MIG复合焊焊接工艺参数优化

4.3激光-MIG复合焊接头间隙桥接能力

4.4本章小结

第5章 不锈钢焊接接头的微观组织及力学性能

5.1焊接接头金相组织分析

5.2焊接接头的硬度分析

5.3焊接接头的拉伸性能及断口形貌分析

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表或已录用的学术论文

致谢