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超低碳贝氏体钢CO₂激光-GMA复合焊接特性研究

作　者: 宋国祥
导　师: 陈彦宾
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: CO2激光-GMA复合焊接超低碳贝氏体钢焊接缺陷组织力学性能
分类号: TG456.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

超低碳贝氏体钢具有高强度、高韧性、综合性能好等特点,受到国防、民用等领域的广泛重视。采用传统的焊接方法焊接此钢时存在热输入高、焊接变形大,焊接效率低等问题。本文针对12mm厚超低碳贝氏体钢进行了CO2激光-GMA复合多层焊接试验。研究了能量输入及坡口形式等焊接参数对超低碳贝氏体钢焊缝成形、焊接缺陷、微观组织、力学性能的影响规律。试验结果表明:保护气成份、坡口形式、离焦量、送丝速度、热输入对焊接特性影响较大。采用Ar气保护时,加入He可以有效的抑制光致等离子体,加入CO2可以改善焊缝成形。为了充分发挥激光的作用,坡口底部应留有3mm的钝边。焊接打底层时,激光焦点要严格控制在坡口底部的钝边金属之内。焊接填充层时,对于激光焦点的位置要求并不严格。由于激光对焊丝的热作用,激光-GMA复合焊可以在较高的送丝速度下得到良好的焊缝成形和稳定的焊接过程。采用三层焊接且每层的热输入变化均匀时,焊缝成形较好,焊接效率较高。激光-GMA复合焊接超低碳贝氏体钢的焊缝中存在未熔合、裂纹、气孔、夹渣等焊接缺陷。影响缺陷产生的主要因素为焊接工艺参数和施焊条件:未焊焊道受热不均时,容易出现未熔合缺陷;焊缝成形系数较小、冷却较快时容易产生裂纹缺陷;当匙孔和熔滴过渡不稳定时,容易出现气孔和夹渣缺陷;通过优化试验参数基本解决了未熔合、裂纹、夹渣缺陷,并降低了气孔产生的几率,减小了气孔的尺寸,使气孔问题得到了改善。组织、性能分析表明:复合焊的焊缝组织主要为针状铁素体+粒状贝氏体;热影响区组织、性能未出现明显恶化。当试样断于母时,接头的抗拉强度为829.4MPa。当试样断于焊缝时,焊接缺陷是断裂的源头,试样的断口主要为韧性断口。焊缝的常温、-40℃低温夏比V形缺口冲击韧性值均高于对母材韧性要求的最低值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-19
  1.1 课题的背景和意义  9-10
  1.2 超低碳贝氏体钢及其应用现状  10
  1.3 激光-GMA复合焊接的特点、影响因素  10-14
    1.3.1 激光-GMA复合焊的特点  11-12
    1.3.2 激光-GMA复合焊接的影响因素  12-14
  1.4 激光-GMA复合焊接厚板的研究现状  14-18
    1.4.1 厚板激光-GMA复合单道焊接  14-16
    1.4.2 厚板激光-GMA复合多层焊接  16-17
    1.4.3 激光-GMA复合多层焊接缺陷、组织研究  17-18
  1.5 课题的主要研究内容  18-19
第2章激光-GMA复合多层焊接接头的成形特性  19-35
  2.1 引言  19
  2.2 试验条件  19-22
    2.2.1 试验材料  19-20
    2.2.2 试验设备  20-21
    2.2.3 试验方法  21-22
  2.3 保护气成份的影响  22-26
    2.3.1 He气的影响  22-25
    2.3.2 CO_2气体的影响  25-26
  2.4 坡口形式的影响  26-29
    2.4.1 打底层坡口形式的影响  26-27
    2.4.2 填充层部分坡口形式的影响  27-29
  2.5 能量因素的影响  29-34
    2.5.1 离焦量的影响  29-31
    2.5.2 送丝速度的影响  31-32
    2.5.3 热输入的影响  32-34
  2.6 本章小节  34-35
第3章超低碳贝氏体钢激光-GMA复合焊缺陷分析  35-50
  3.1 未熔合缺陷  35-39
    3.1.1 未熔合缺陷的基本特征  35-36
    3.1.2 未熔合缺陷的形成原因  36-39
    3.1.3 未熔合缺陷的解决途径  39
  3.2 裂纹缺陷  39-42
    3.2.1 裂纹缺陷的基本特征  39-40
    3.2.2 裂纹缺陷的形成原因  40-42
    3.2.3 裂纹缺陷的解决途径  42
  3.3 气孔缺陷  42-46
    3.3.1 气孔缺陷的基本特征  42-44
    3.3.2 气孔缺陷的形成原因  44-45
    3.3.3 气孔缺陷的解决途径  45-46
  3.4 夹渣缺陷  46-48
    3.4.1 夹渣缺陷的基本特征  46-47
    3.4.2 夹渣缺陷的形成原因及解决途径  47-48
  3.5 本章小节  48-50
第4章超低碳贝氏体钢激光-GMA复合焊接焊缝组织及力学性能分析  50-64
  4.1 焊缝微观组织  50-56
    4.1.1 激光-GMA复合焊接焊缝形态、组织特性  50-52
    4.1.2 激光-GMA复合焊接接头各区组成  52-56
  4.2 超低碳贝氏体钢接头性能分析  56-62
    4.2.1 硬度分析  56-57
    4.2.2 拉伸性能分析  57-61
    4.2.3 冲击韧性分析  61-62
  4.3 本章小节  62-64
结论  64-65
参考文献  65-70
致谢  70

超低碳贝氏体钢CO2激光-GMA复合焊接特性研究

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