高强钢厚板超窄间隙CO2激光填丝多道焊研究

摘要

超窄间隙激光填丝多道焊技术是近年来发展起来的一种高效率厚板连接方法,能够以较低的激光功率焊接大厚度结构,进一步拓展激光焊接的应用领域。由于超窄间隙坡口带来的空间限制,在超窄间隙坡口内CO2激光填丝焊工艺参数对焊缝成形的影响将显著不同于薄板平对接焊。就此,本文对超窄间隙CO2激光填丝多道焊开展深入的工艺研究,并分析焊接接头的组织特征和力学性能。
　　CO2激光焊接时需采用侧吹气体以抑制激光等离子体。试验表明,采用He气作为焊接气体时,He气达到8L/min激光等离子体得到抑制,可获得良好的焊缝成形。进一步提高He气流量则使焊缝成形变差。采用Ar作为焊接侧吹气体时其工艺适用性很差,较小的流量无法抑制激光等离子体,而较高的流量虽然能够抑制激光等离子体的形成但焊缝成形非常差。离焦量是另一影响焊缝成形的参数,采用正离焦量能够得到良好的焊缝成形,但过小和过大的离焦量均使焊缝成形变差,结果表明+20mm离焦量较为合适。
　　激光功率、送丝速度、焊接速度三者之间具有一定的内在联系,其最主要的影响为焊缝的堆高。合理的单道焊缝堆高为7~8.2mm。本文提出上述工艺参数的定量关系:单位长度焊丝所得激光能量只与送丝速度与激光功率有关,给出了送丝速度与最小所需激光能量的匹配关系;焊缝堆高决定于焊接速度与送丝速度的比值,给出了合理焊缝堆高需要的送丝速度和焊接速度的比值范围。
　　焊接接头的焊缝内组织主要为粒状贝氏体和针状铁素体。焊接热影响区粗晶区主要为马氏体,细晶区为团絮状珠光体和细小的铁素体。多道焊条件下受到二次热循环区域的组织与只受一次热循环区域无明显的差别。接头的最高硬度位于热影响粗晶区,可以达到400HV以上。总体而言,热影响区具有非常明显的淬硬倾向。焊接接头具有良好的力学性能,拉伸试样的断裂位置均位于母材。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2 厚板窄间隙焊接技术的研究现状

1.2.1 窄间隙电弧焊接技术

1.2.2 窄间隙激光填丝焊接技术

1.3 激光填丝焊接技术研究现状

1.3.1 激光填丝焊的技术特点

1.3.2 激光填丝焊技术在铝合金焊接上的应用

1.3.3激光填丝焊在异种材料连接中的应用

1.3 本文主要研究内容

第二章 实验设备、材料及方法

2.1 CO2激光窄间隙填丝焊接系统

2.2 试验材料

2.2.1 母材及其焊接性分析

2.2.2 焊丝

2.3 焊接接头试样制备与分析测试

2.3.1 显微组织观察

2.3.2力学性能测试

第三章 Q345D厚板的窄间隙CO2激光填丝多道焊工艺研究

3.1 首道CO2激光填丝焊工艺参数对焊缝成形的影响

3.1.1 侧吹气体的影响

3.1.2 离焦量的影响

3.1.3 激光功率的影响

3.1.4 送丝速度的影响

3.1.5 焊接速度的影响

3.2 焊接优化工艺参数的窗口

3.3 多道CO2激光填丝焊工艺参数的研究

第四章 多道焊接头的显微组织与力学性能分析

4.1 焊接接头的显微组织分析

4.1.1 焊缝金属的显微组织

4.1.2 热影响区显微组织

4.2 焊接接头力学性能分析

4.2.1 焊接接头不同道次的硬度分布

4.2.2 焊接接头的拉伸强度

第五章 结论

参考文献

致谢

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