高强钢的激光—电弧复合焊接性能研究

发布时间：2017-06-10 22:00

  本文关键词：高强钢的激光—电弧复合焊接性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：WEL-TEN590高强钢广泛应用于船舶、汽车等行业。为了进一步提高该钢种的焊接质量和焊接效率，本文研究了激光-电弧复合焊接的性能。 本文研究的激光-MAG电弧复合焊接系统采用了YRS-2000光纤激光器、TPS-5000福尼斯MAG焊机、KUKA-KR60HA机器人及激光-电弧复合焊接头等，对板厚6mm的590MPa高强钢进行了激光-MAG电弧复合焊接。通过高速摄像机观察了不同先导热源的激光-MAG电弧复合焊接等离子体量及溶滴过渡形式。分析结果表明，激光-MAG电弧复合焊接产生的等离子体量影响焊缝形状和最佳光丝间距（DLA）；由于激光束具有微等离子特性，所以激光束有吸引MAG电弧等离子体的现象；激光-MAG电弧复合焊接的熔滴过渡形式为短路过渡，且过渡频率相比于电弧焊增加。 通过焊缝外观检测及横断面观察，研究了激光（或电弧）先导情况下光丝间距、离焦量、MAG电流、焊接速度对激光-MAG电弧复合焊接的焊缝成形的影响。实验结果表明，电弧先导的激光-MAG复合焊接产生的等离子体云更少，熔深更深；DLA不仅影响焊缝成形，而且还影响熔滴过渡的频率，其最佳DLA为0mm；离焦量为-2mm时，其熔深达到最大值(4mm)；MAG电流影响焊缝形状，随着MAG电流（100~200A）的增加熔深也增加；最适焊接速度为0.6m/min。 利用了电子探针（EPMA）对焊接接头的Mn和Mo元素含量进行了分析，结果表明，焊缝水平方向Mn和Mo元素含量分布均匀，垂直方向Mn和Mo元素含量分布不均匀，并且其含量均大于母材。为了分析焊缝金属的显微组织，将焊缝分成了两个区域，即电弧作用区（PM）和激光作用区（PL）。PM区的组织主要由贝氏体及马氏体组成，其次还含有少量铁素体；PL区的组织主要由马氏体及贝氏体组成，其次还含有少量铁素体。焊接接头的硬度分布峰值出现在HAZ的过热区，其最大值为382HV。力学性能实验结果表明，激光-MAG电弧复合焊接接头的最大抗拉强度为680.78~687.98MPa，延伸率为18.72~20.83%，断裂位置在母材上；冲击试验温度在-60~15℃范围内，对应的冲击功范围为15.89~81.29J。
【关键词】：光纤激光-MAG电弧复合焊接 等离子体 高速摄像机 590MPa高强钢 熔滴过渡
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG457.11
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 引言9-10
• 1.2 光纤激光器的工作原理10-11
• 1.3 光纤激光器特点11
• 1.4 激光焊接技术11-12
• 1.5 激光-电弧复合焊接技术12-19
• 1.5.1 激光-电弧复合焊接的概念12
• 1.5.2 激光-电弧复合焊接的原理12-13
• 1.5.3 激光与电弧的结合形式13-15
• 1.5.4 激光-电弧复合焊的工艺特点15
• 1.5.5 激光-电弧复合焊成形的影响因素15-16
• 1.5.6 激光-电弧复合焊接过程中产生的效应16-17
• 1.5.7 激光-电弧焊接的安全与防护17
• 1.5.8 激光-电弧复合焊接技术的应用17-18
• 1.5.9 激光-电弧复合焊接的研究现状18-19
• 1.6 课题的研究目的及意义19
• 1.7 课题的研究内容19-21
• 第2章 实验材料、设备及方法21-30
• 2.1 实验材料21
• 2.2 实验设备21-28
• 2.2.1 光纤激光器21-22
• 2.2.2 水冷机22-24
• 2.2.3 激光-电弧复合焊接头24
• 2.2.4 激光传输系统24-25
• 2.2.5 机器人系统25-26
• 2.2.6 MAG 焊机26-27
• 2.2.7 高速摄像系统27-28
• 2.3 实验方法28-30
• 第3章 实验结果及分析30-53
• 3.1. 光纤激光-MAG 电弧复合焊接工艺参数优化30-42
• 3.1.1 先导热源对焊缝成形影响30-32
• 3.1.2 光丝间距对焊缝成形的影响32-33
• 3.1.3 焊接速度对焊缝熔深的影响33-35
• 3.1.4 离焦量对焊缝形状的影响35-36
• 3.1.5 综合参数对焊缝形状的影响36
• 3.1.6 激光-MAG 电弧复合焊接的熔滴过渡形式36-38
• 3.1.7 不同激光光源对焊缝形状的影响38-39
• 3.1.8 激光-MAG 电弧复合焊接的等离子体产生39-41
• 3.1.9 光纤激光-MAG 电弧复合焊接工艺参数优化结果41-42
• 3.2 焊接接头组织分析42-47
• 3.2.1 母材组织42-43
• 3.2.2 焊缝金属组织43-47
• 3.3 焊接接头的性能分析47-51
• 3.3.1 拉伸和冲击试验试件的制备47-48
• 3.3.2 拉伸试验48
• 3.3.3 冲击试验48-49
• 3.3.4 拉伸和冲击试验分析49-51
• 3.4 焊缝的合金元素分析51
• 3.5 显微硬度试验51-53
• 第4章 结论53-54
• 参考文献54-57
• 在校研究成果57-58
• 致谢58

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 胡贵军,白冰,张亮,张军,潘玉寨,王立军;高功率光纤激光器研究[J];吉林大学学报(信息科学版);2003年04期

2 王治宇;王春明;胡伦骥;胡席远;;激光-电弧复合焊接的应用[J];电焊机;2006年02期

3 石功奇;David Howse;;船用钢结构的激光焊接以及激光-MAG复合焊接[J];电焊机;2007年06期

4 刘世永,孟德,黄德康;铝合金激光焊接的研究现状[J];机械工程材料;2004年09期

5 彭云,王成,陈武柱,田志凌;两种规格超细晶粒钢的激光焊接[J];焊接学报;2001年01期

6 陈彦宾,陈杰,李俐群,吴林;激光与电弧相互作用时的电弧形态及焊缝特征[J];焊接学报;2003年01期

7 闫洪华;张凯锋;吴云;;Al-Mg合金的激光焊接接头组织及力学性能分析[J];焊接学报;2011年01期

8 楼祺洪;周军;朱健强;王之江;;高功率光纤激光器研究进展[J];红外与激光工程;2006年02期

9 田川,吕高尚,闻义;激光电弧复合焊接—一种新型焊接方法[J];机车车辆工艺;2005年02期

10 伍强;陈根余;王贵;李力钧;龚金科;;高强度镀锌钢的CO_2激光焊接[J];中国激光;2006年08期

  本文关键词：高强钢的激光—电弧复合焊接性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：439993