Q345船舶钢激光-MAG复合焊及激光填丝焊工艺试验研究

摘要

激光焊在能量密度高，焊接速度快，焊缝深宽比大，热影响区小，呈现窄的热影响区和小的热变形，而且焊接时无需真空。目前船舶行业普遍采用的是手工焊接，采用激光焊来提高焊接质量、焊接智能化迫在眉睫。激光填丝焊和复合焊接技术可以降低装配精度、改善焊缝冶金特性、提高接头机械性能。
　　本文针对9mm厚Q345船舶钢进行激光电弧复合焊、激光填丝焊工艺研究，为船舶钢激光焊提供技术参考。激光填丝焊和复合焊需要调节焊接工艺参数，包括送丝速度、离焦量、激光功率、光丝距、焊接速度、电流值等，来获得良好质量的焊缝。离焦量决定了热影响区的大小。填丝焊光丝距需控制在-1 mm至+1 mm，而复合焊由于激光和电弧的共同作用，光丝距在2mm至3mm时成型良好。激光功率增大，熔深熔宽增大;焊接速度增大，熔深熔宽减小。这是因为激光功率和焊接速度决定了功率密度，从而决定了熔深熔宽。复合焊中的电流值在150A到220A之间，复合焊成型良好。填丝焊中，送丝速度也影响激光能量在熔化焊丝和促进熔池中的分配。
　　激光填丝焊和复合焊改善了自熔焊的错边容限和间隙适应性。填丝焊错边容限为1.3 mm，间隙适应值为0.9 mm;复合焊的错边容限为1.8 mm，间隙适应值为1.4 mm。激光填丝焊和激光电弧复合焊接在生产实际中有更好的应用前景。
　　传统焊接方式中，Q345易产生气孔和热裂纹。由于激光焊线能量大，热影响区小，冷却速度快，经过精密的焊前处理，在合理的工艺参数下，选用氩氧混合保护气体，可以获得无气孔、无热裂纹的焊缝。
　　复合焊与填丝焊的接头都是由焊缝区、热影响区、母材而组成。对于复合焊，焊缝微观组织由部分魏氏体和贝氏体组成;热影响区有明显的羽毛状上贝氏体和板条马氏体;热影响区中的不完全结晶区有在晶界处重新形核长大的趋势。而填丝焊的组织相对与复合焊较为细小，因为填丝焊在单激光热源作用下，熔池停留的时间较短。
　　填丝焊、复合焊拉伸试样均断于母材;填丝焊和复合焊的显微硬度均是母材小于热影响区，热影响区小于焊缝区。填丝焊最大硬度为340 HV，比复合焊大6％左右;填丝焊焊缝的冲击功为55J，比复合焊大12％。试样正弯曲角度与背弯曲角度能达到180°。拉伸和冲击断口均分布有等轴韧窝，焊接接头均为韧性断裂。经盲孔法测试的残余应力值均不高。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．1．1 激光加工概况

1．1．2 激光自熔焊介绍及其存在的问题

1．1．3 激光填丝焊

1．1．4 激光一电弧复合焊

1．1．5 Q345船舶钢特性及焊接工艺的概述

1．2 Q345激光焊研究现状

1．2．1 船舶钢激光焊接国内研究现状

1．2．2 船舶钢激光焊接国外研究现状

1．3 课题来源与意义

1．4 课题主要研究工作

2 实验材料、设备、方法

2．1 实验材料与焊前处理

2．1．1 实验材料

2．1．2 焊丝

2．1．3 焊前处理

2．2 实验设备

2．3 焊接过程保护

2．4 研究思路与实验方法

2．4．1 总体设计

2．4．2 X射线无损检测

2．4．3 金相观察

2．4．4 硬度试验

2．4．5 拉伸试验

2．4．6 冲击实验

2．4．7 弯曲实验

2．4．8 盲孔法检测分析残余应力

3 激光-电弧复合热源焊接工艺研究

3．1 激光功率的影响

3．2 离焦量的影响

3．3 光丝距离的影响

3．4 送丝方式的影响

3．5 焊接电流的影响

3．6 焊接速度的影响

3．7 本章小结

4 激光填丝焊工艺研究

4．1 单工艺参数对焊缝形貌的影响

4．1．1 激光功率的影响

4．1．2 焊接速度的影响

4．1．3 送丝位置的影响

4．1．4 送丝速度的影响

4．2 本章小结

5 焊接工艺对接头缺陷及成型的影响

5．1 工艺参数对气孔的影响

5．2 焊接方式对气孔的影响

5．3 保护气体的影响

5．4 激光电弧复合焊与激光填丝焊的焊接适应性

5．4．1 错边适应性试验

5．4．2 间隙适应性试验

5．5 本章小结

6 Q345船舶钢激光填丝焊和复合焊接头组织性能

6．1 激光焊接头宏观形貌

6．2 焊接微观组织分析

6．2．1 Q345船舶钢激光-MAG复合焊接头显微组织分析

6．2．2 Q345船舶钢激光填丝焊接头显微组织分析

6．2．3 EDS分析

6．3 焊接接头力学性能测试

6．3．1 激光电弧复合焊硬度测试

6．3．2 激光填丝焊硬度测试

6．3．3 拉伸性能

6．3．4 冲击性能

6．3．5 弯曲性能

6．4 接头残余应力分析

6．4．1 测量点的选择

6．4．2 应变花的选择与粘贴技术

6．4．3 钻孔测应力

6．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况