铁白铜及其异种金属的激光焊接与性能研究

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。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 铜钢异种材料连接技术的现状

1.3 激光焊接综述

1.4 激光焊接在异种材料焊接中的发展现状

1.5 铜钢激光焊接的发展现状

1.6 本文研究内容

第2章 试验设备材料及研究方法

2.1 试验材料

2.2 试验测试设备

2.3 性能测试

第3章 BFe30-1-1激光焊接工艺及接头性能

3.1 引言

3.2 基于正交试验的BFe30-1-1激光焊接试验

3.3 BFe30-1-1激光焊焊接接头性能的研究

3.4 本章小结

第4章 BFe30-1-1与Q235钢激光焊接工艺及接头性能

4.1 引言

4.2 BFe30-1-1与Q235钢激光焊接工艺设计

4.3 BFe30-1-1与Q235钢激光焊接组织性能分析

4.4 本章小结

第5章 BFe30-1-1与304不锈钢激光焊接工艺及接头性能

5.1 引言

5.2 基于正交试验的BFe30-1-1与304不锈钢激光焊接试验

5.3 BFe30-1-1与304不锈钢激光焊接接头性能研究

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

致谢