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船用厚板高功率激光焊接工艺适应性研究

唐卓  
【摘要】: 激光焊接技术作为一种快速高效的焊接方法,焊缝成形质量高,焊接变形小;在船舶制造业中有着广阔的应用前景。国内船舶制造业要应用激光焊接技术,面临的首要问题就是国产船用钢对于高功率激光焊接技术的适应性问题。本文研究了国产船用低合金高强钢高功率CO2激光填丝焊以及激光-MIG复合焊工艺过程、焊缝成形、接头组织及力学性能的特点。 首先,采用高速摄像方法对低合金钢高功率激光填丝焊焊接过程进行了观察分析。试验分析了焊接过程中的光致等离子大小的波动对于焊接过程和焊缝成形的影响规律。 其次,通过试验研究与理论分析,对激光功率、焊接速度、送丝速度、焊缝预留间隙等填丝焊主要工艺参数与焊缝成形之间的内在关系进行了深入研究。对12mm低合金钢填丝焊对接试验结果表明,激光填丝焊焊缝成形质量好,焊接变形小;焊缝接头截面形状为“Y”型;通过金相显微分析确定接头组织多为淬硬组织;依据CCS船规对填丝焊接头抗拉、抗弯及冲击韧性进行了试验分析。 第三,通过高速摄像系统对激光-MIG复合焊过程中光致等离子和电弧交互作用进行了观察分析,发现二者间的相互作用方式主要表现为光致等离子体对电弧的吸引;并且深入研究了两者的交互作用对焊接过程和焊缝成形的影响规律。 第四,根据复合焊过程和成形结果,设计并确定了16mm厚板激光-MIG复合焊对接试验的最佳坡口尺寸;并根据复合焊中电弧与激光能量的相互匹配特点,设计了一种快速确定复合焊工艺参数的方法;随后依据CCS船规标准对复合焊接头进行的抗拉、抗弯及冲击试验结果显示接头的力学性能良好;究其原因与接头组织组成、分布和晶粒尺寸有关。 最后,本文对低合金钢激光填丝焊与激光复合焊两种焊接工艺从焊缝成形特点,接头组织及力学性能方面进行了比较分析,发现对于同种厚度钢板,填丝焊焊接线能量较低而接头冷却速度较高,熔合区晶粒尺寸较小、接头组织淬硬倾向也更大。


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