论文部分内容阅读
2205双相不锈钢微观组织主要为铁素体和奥氏体,具有良好的焊接性能和优秀的耐腐蚀等性能。激光加工技术具有高灵活性等优点,用其来焊接2205双相不锈钢具有很高的研究意义和应用价值。国内外很多专家学者虽对2205双相不锈钢的焊接进行了较多研究,但大部分仍是采用常规方法(如钨极氩弧焊等)焊接厚板工件,而针对1mm薄板的焊接研究尚未报道。本课题对1mm的2205双相不锈钢薄板激光焊接研究具有重要的参考价值。本文对焊接速度、输入电流、脉宽、频率、离焦量及保护气体等主要工艺参数进行研究,通过单因素实验和正交实验获取不同因素水平下的焊接件,并对焊后工件进行拉伸实验、粗糙度测试、表面硬度测试以及显微组织观察,研究分析焊接工艺参数与工件焊接性能、焊缝形貌以及微观组织的变化的关系,最终得到一组较优的加工工艺参数方案。主要研究结论如下:1.经单因素实验研究发现,焊接速度不变而频率、脉宽及输入电流增大时,工件接头金属吸收到的能量增大,不易出现虚焊,接头强度提高,工件整体焊接性能大幅度增强,反之亦然。经实验结果分析并最终确定各因素的取值水平分别为:Z=-1 mm;I=150/160/170A;T=4/5/6 ms;f=15/24/25 Hz;V=500/600/700 mm/min。2.由表面维氏硬度测试结果分析可知,因熔合线区合金含量较其他区域的高,熔合线区域的硬度最大;而焊缝中心区域由于受热循环影响,其晶粒尺寸较母材区域的细小,所以其硬度要较母材区域的大。3.对四因素三水平L9(34)正交实验结果的极差分析可知,频率对工件焊接性能影响最为显著,其次是脉宽和电流,进给速度最不显著。P=1.04E-10<0.05,相关系数均大于0.9,则各组间差异性显著。4.由焊接件表面显微形貌观测结果可知:当焊接速度适中而输入电流、脉宽和频率较大时,接头金属吸收激光热量充足,焊缝无虚焊现象,表面光洁度较好,粗糙度值最小,无金属喷溅、挂渣与咬边现象出现,综合分析可知:焊接件在I=160A,T=5ms,f=25Hz,V=500mm/min以及Z=-1mm条件下的焊接性能最好,焊点重叠率达78%以上。相反,工件焊缝背面将存在大量未焊透、虚焊的区域,焊点重叠率整体小于10%。同时,工件表面存在明显的大面积熔化金属喷溅、挂渣及严重的咬边现象,焊缝有较严重的下陷趋势,这将导致焊接件整体焊接性能严重下降。5.从三组正交实验焊接件的显微组织观测结果可以看到:晶粒形状呈细长状,焊缝中心区晶粒受高温影响而增大。工件在I=160A,T=5ms,f=25Hz,V=500mm/min以及Z=-1mm条件下,焊缝区域铁素体和奥氏体的含量整体上大致相同,焊缝中心区域晶粒尺寸较大,但整体上尺寸大小较为均匀,这也是焊接件在该焊接条件下能获得较好的焊接性能的主要原因。6.因所受热影响程度及热传导方式不同,所有焊接件显微组织均呈现垂直于焊接方向两侧的晶粒尺寸最小,而平行于焊接方向两侧的晶粒尺寸最大,本文因此提出焊前预热及焊接过程“热处理”的优化方案。因温度梯度差及冷却凝固速度不同,焊点正反表面均出现一圈圈“涟漪”纹理般的金属流动,在焊接点四周清晰明显而靠近中心不明显。