论文部分内容阅读
航空、核电、建筑和轨道等行业对薄板不锈钢的需求日渐增加,激光-TIG复合焊接技术是薄板不锈钢常用的焊接工艺之一,由于TIG焊钨极承载电流能力较低,导致复合焊填丝熔敷速度低,焊接效率大打折扣。本文提出一种新型的复合焊接方式—激光-KTIG复合焊接,并开展了薄板不锈钢激光-K TIG复合高速焊接技术的系统研究。通过高速摄像采集复合焊接过程中的电弧形态,结合图像处理技术分析电弧特性。结果表明:恰当的能量配比是保证电弧稳定燃烧的重要因素。当激光焦点作用位置靠近阳极时,电弧的断面增加,电弧等离子体吸收的激光能量增加;当激光焦点作用位置靠近阴极时,电弧阴极区会发生剧烈波动,电弧稳定性降低,因此理论上激光-K TIG复合焊接的最佳离焦量为-4～Omm,最佳热源间距为0～3mm。初期以10mm板厚的304不锈钢为研究对象,通过调节各工艺参数进行焊接试验,并借助SPSS软件处理数据,获取影响焊缝熔深和熔宽的主要工艺参数,为后续不锈钢薄板高速焊接提供相关指导。试验结果表明:激光-K TIG复合焊接过程中,应保持激光在前、电弧在后、两热源轴线夹角15°的模式;焊缝熔深主要与激光功率、焊接电流、焊接速度有关。在此基础上,以薄板不锈钢为研究对象,通过对比激光-TIG复合焊接与激光-K TIG复合焊接的焊接质量、焊接速度以及焊接热输入量,探索激光-K TIG薄板高速焊接的可行性和优越性。结果表明:4mm不锈钢的单面焊双面成形试验中,激光-K TIG复合焊接技术的最大焊速为2m/min,是激光-TIG复合焊速的2倍,并且单位热输入量是激光-TIG复合焊接技术的0.43倍。最后,以4mm厚不锈钢为研究对象,进行薄板不锈钢高速焊接的优化试验并得到一组优化的工艺参数,具体参数为P=3.5kW、I=200A、V=2m/min、DLA=0～2mm、Δf=-1.5～0mm,该参数在间隙小于0.5mm,错边小于1mm的组对工况下焊缝成形良好。对激光-K TIG复合焊接接头进行综合性能检测,包括金相组织分析、电化学腐蚀试验、力学性能试验。检测结果表明:激光-KTIG复合焊接接头的显微组织主要由奥氏体、骨架状铁素体、板条状铁素体组成,热影响区和焊缝区存在明显的熔合过渡区;焊缝区维氏硬度值在320HV左右,远高于母材,但熔合区附近硬度值会有明显的下降;接头的抗拉强度平均值为648MPa,断裂处均为母材区,并且正弯与背弯180°时焊缝处均未产生裂纹;通过对比焊缝与母材在3.5%的Nacl溶液中的电化学腐蚀行为,发现焊缝区的耐腐蚀性高于母材区。本文的研究工作表明:激光-K TIG复合焊接的焊接质量与焊接效率均优于激光-TIG复合焊接技术,并且接头的力学性能和抗腐蚀性能均高于母材,可满足实际工业应用需求。