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跟随电弧对CP800高强钢激光焊接焊缝性能的影响

高俊  
【摘要】: 本论文采用高功率CO2激光及直流TIG电弧,对汽车用先进高强钢CP800复相钢的激光焊接焊缝性能的改善进行了研究,旨在获得一种实时局部的焊缝热处理工艺。首先,针对汽车用钢CP800复相钢的厚度及其材料属性,确定了相应的激光焊接工艺参数。然后,根据实际情况设定了TIG电弧电流及TIG电弧与激光束之间的间距,并以此为依据借助有限元分析软件ANSYS进行了温度场的数值模拟,得出了跟随电弧对激光焊接热循环的影响。在不同电弧电流值和不同的电弧-激光间距下进行了激光-电弧联合焊,对焊接接头进行了显微组织和力学性能分析,讨论了TIG电弧电流值及电弧-激光间距对焊接接头性能的影响。 电弧电流对焊缝的组织和性能有明显的影响。随着电流的增加,焊缝上半区热影响区增宽。相同的电流大小下,随着激光与TIG电弧的间距增大,电弧对上下表面的热影响区的作用效果逐渐减小。 相同的激光-电弧间距下,随着电弧电流的增大,近上表面的焊缝熔合区硬度逐渐降低,25A电流时硬度为408.5HV,75A电流时硬度为401.8HV,而热影响区硬度虽有所提高但是不明显。相同的电弧电流下,随着激光-电弧间距的增加,电弧对焊缝硬度的影响降低,17mm间距时硬度为401.8HV,32mm间距时硬度为411.3HV。另外,小电流的情况下,距离越大,电弧越不稳定;同时,实验表明,近距离条件下,不同的激光-电弧间距所得到的效果基本相同。对于焊缝下半区,电弧对其组织和硬度影响甚微。激光焊缝的冲击韧性较高,其冲击韧性值达6.3×105J/m2,均高于母材。 近距离时,电弧比较稳定;随着激光-电弧距离的增加,电弧飘动越明显,越不稳定;超过32mm间距后,电弧开始稳定(变成两个互不影响热源)。电弧电流越大时,使电弧的稳定的激光-电弧间距越长。受焊接速度的影响,电弧呈现一定的不连续性。焊接速度越大,不连续性越明显。降低焊接速度,能够使电弧加热方式趋向于连续加热。 模拟计算时,通过星云图得到的焊缝形状图,其结果与实测值基本吻合。电弧加热不对没有经过的区域的热循环造成影响。同种功率的电弧,稍远一点的间距能得到更好的焊接热循环结果。同种间距的电弧,功率越大,对焊接热循环的影响越大。


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