不锈钢水下激光焊接焊缝成形与力学性能

摘要： 采用水下局部干法激光焊接技术对1 mm厚SUS304不锈钢进行了焊接试验,重点分析了水深及保护气体流量对焊缝成形与力学性能的影响.实验结果表明：通过适当的水深与保护气体流量匹配,可以获得成形良好、剪切拉伸强度与母材相当的焊缝.在水深一定时,随着气体流量的增加,焊缝熔宽变宽,熔深变浅,深宽比减小.在气体流量一定时,随着水深的增加,焊缝熔深和熔宽也表现出类似的变化规律.与普通激光焊接相比,水下激光焊接改变了焊缝的散热方向以及散热速度,因此同一焊接工艺参数下,水下激光焊接的熔深变浅,熔宽变宽.
关键词： 水下焊接; 激光焊; 奥氏体不锈钢; 焊缝成形; 力学性能
中图分类号： TG 456.7文献标志码： A     

深水湿法焊接气孔问题研究

根据水下湿法焊条在压力舱内焊接的试验结果，讨论了焊接水深(10～80m)对焊缝金属气孔生成的影响。指出：水下湿法焊接由于焊接冶金及熔池结晶的特殊性，容易生产内气孔．而外气孔则当水深增加至较深的深度时(一般为60m)才开始出现，且内外气孔数量均随水深的增加而增加；通过研究气孔数量随焊缝金属残余氢含量及氧含量变化的趋势，推断出水下湿法焊接气孔主要属于氢气孔。     

气室式局部干法水下焊接

摘要： 利用研制的气室式局部干法水下焊接试验系统,在300 mm水深环境的试验水槽中,进行了水下平板堆焊和坡口对接焊验证性工艺试验,并对水下坡口对接焊焊缝进行了显微组织和硬度的测试分析,结果表明：在气室排水密封良好的前提下,送丝速度、焊接速度、摆动速度和摆动周期等参数对焊缝成形和焊接质量的影响较大,通过不同焊接参数的优化组合,可以获得优良的气室式局部干法水下焊接焊缝成形;水下焊接环境对焊缝的显微组织和硬度产生一定影响,由于焊缝周围及背面水的快速冷却作用,焊缝中心区域出现了部分魏氏体组织,同时焊缝中心区域的硬度较热影响区高,出现了一定淬火硬化现象.     

脉动送丝频率和抽丝距离对铝焊接过程中气孔去除效果的影响

采用交流钨极惰性气体保护电弧脉动送丝焊接方法,通过9组不同脉动送丝工艺参数的对比试验研究了焊接过程中脉动送丝频率以及抽丝距离对焊接气孔去除效果的影响规律,并检测了焊缝的质量和横截面气孔率.结果表明:在一定的焊接参数范围内,随着脉动送丝频率增加,焊缝横截面的气孔率先降低而后逐渐趋于稳定,气孔的分布逐渐向焊缝边缘靠近;随着抽丝距离增加,焊缝横截面的气孔率先降低而后升高,气孔直径的最大值明显增大;当脉动送丝频率为20 Hz,抽丝距离为2.0mm时,可以获得最佳的气孔去除效果,且焊缝表面成形良好.     

TIG焊中防止气孔产生的工艺措施

职业院校的学生在进行TIG焊的操作时,焊缝中出现气孔缺陷的几率较大,使拍片合格率降低,严重影响了焊缝的焊接质量。为防止气孔缺陷的出现,提高焊接质量,针对气孔缺陷,本文从分析气孔产生的原因入手,阐述了防止气孔产生的工艺措施。     

工艺参数对铝镁合金VPPA焊焊缝成形的影响

为了探明变极性等离子电弧焊方法对5A06铝合金焊缝成形的影响规律,采用单因素控制对比试验对变极性等离子弧焊缝成形进行了测量分析,研究正负极性电流、离子气流量、正负极电流持续时间和送丝速度4个焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律。研究结果表明,随着焊接电流的增大,焊缝正面熔宽和余高呈现先增加后减小的趋势,而背面焊缝的余高增大明显,但背面焊缝熔宽变化不是很明显;随着离子气体流量的增加,等离子电弧力增加,液态金属流动性增加,背面焊缝余高呈明显的增加趋势,而焊缝正面余高则呈下降的趋势;在负极性电流持续时间增加的情况下,焊缝正面余高和熔宽增加幅度较小,焊缝背面余高和熔宽呈减小的趋势;随着送丝速度的增加,焊缝余高显著增加,熔宽也小幅度增加。研究结果可为铝合金VPPA焊提供工艺支持。     

激光焊接工艺参数对锆4合金焊缝成形的影响

本文研究了激光焊接工艺参数对 Ｚｒ － ４ 合金焊缝成形的影响。结果表明：当激光功率一定时,焊缝计算厚度与宽度随着焊接速度的增加而减小,当焊接速度一定时,焊缝计算厚度与宽度随着激光功率的增加而增加;同时入焦量的变化对 Ｚｒ － ４ 合金的熔透也有很大的影响。对于一定厚度的材料,在透镜焦距确定后有一个合适的入焦量范围,并存在一个最佳入焦量,可得到最大的焊缝成形系数。在本试验条件下,入焦量为－２ ．１８ ～２ ．９５ｍ ｍ     

双丝间接电弧气体保护焊工艺研究

双丝闯接电弧气体保护焊是一种新的焊接工艺。介绍了使间接电弧双丝焊送丝速度与其熔化速度相等的送丝机构,主要研究了焊丝伸出长度、两焊丝交点与工件间莳距离以及焊接速度等对焊缝成形及其焊接电流、电弧电压的影响。结果表明,随着焊丝伸出长度的增加,焊接电流减小;随两焊丝交点与工件间距离的增加,焊接电流增大,焊缝宽度减小,熔合比降低;随焊速的增加,焊缝宽度减小,熔深减小,熔合比降低。     

焊接工艺对7N01P铝合金激光-MIG复合焊接接头中气孔的影响

铝合金在激光-熔化极惰性气体保护（melt inert-gas,MIG）复合热源焊接过程中形成的气孔会引起应力集中、降低焊接接头的强度和塑性等问题,从而明显降低焊接接头的性能。采用激光-MIG复合热源焊接技术,对4 mm厚7N01P铝合金进行了对接焊接,分析了焊接工艺对焊接接头中气孔的影响。结果表明,采用复合热源焊接技术,在送丝速度为7.0、8.0、9.0 m/min,焊接速度为0.9、1.0、1.1 m/min,功率分别为2.3、2.4、2.5 kW时均可以实现7N01P 铝合金板材的单面焊双面成形。当激光功率为2.3 kW,送丝速度为9.0 m/min,焊接速度为1.0 m/min时,焊接接头中的气孔数量最少,气孔率约为1.2%。此外,激光功率的变化会影响焊接接头中气孔的形成,随着激光功率从2.3 kW增加到2.5 kW时,气孔数量先增加后下降;送丝速度的变化也会影响焊接接头中气孔数量,当送丝速度由7.0 m/min增加至9.0 m/min时,气孔数量有所降低;而焊接速度对焊接接头中气孔的影响是双向的,随着焊接速度的增加,气孔数量先减少（焊接速度从0.9 m/min到1.0 m/min）后增加（焊接速度在1.1 m/min）。可见,工艺参数的优化可以起到减少焊接接头中气孔的作用。     

环境压力对熔化极气体保护焊焊缝强度及韧性的影响

利用高压焊接试验舱在环境压力分别为0.1、0.5、0.9MPa的条件下,以Q235C钢板为母材进行V型坡口对接焊试验,通过调节焊接电流和电压、焊接速度及焊枪摆幅等焊接参数,获得了不同环境压力下成形良好的焊缝,并对焊缝进行力学性能检测和微观组织形貌观察.结果表明:随着环境压力增加,焊缝的抗拉强度增加,韧性明显下降,焊缝及其热影响区的微观组织因环境冷却作用的增强而出现了上贝氏体组织,但焊缝的综合性能仍能够满足水下焊接相关标准的要求.     

水下湿法焊接微气孔的研究

本文重点介绍了水下湿法焊接时焊缝金属中除宏观气孔外还有微气孔存在。文中对微气孔的特征、类型、形成原因及危害进行了初步的探讨,提出了从冶金角度解决微气孔的要领。     

焊接工艺对镍基焊缝气孔的影响

针对镍基合金钨极氩弧焊焊缝中气孔形成的影响因素,采用高速摄像机、光学显微镜获得了气孔在熔池及焊缝中的形态及分布特征照片,研究了油污、送丝速度、保护气体和焊接电流等参数对熔池气泡的影响。结果表明：采用钨极氩弧焊对镍基合金焊接时,熔池表面有少量的气泡逸出,证明了焊缝金属中气孔源的存在;显微组织观察发现,有未及时逸出的气泡残留其中,但是利用UT,RT探伤手段无法检测出该类缺陷的存在;送丝速度和焊丝油污对焊缝金属中气孔的形成有明显的影响;适当调整其他焊接工艺参数对气孔影响均不显著。     

采用水射流屏蔽的水下CO_2焊接的研究

利用水射流的屏蔽作用,消除水对电弧和焊缝的不利影响,是提高水下湿法焊缝质量的一种有效方法。文中分析了水射流屏蔽下空穴(气相区)形成的原理以及平、横焊位置的空穴形成试验结果,并通过水下焊接工艺试验表明,利用该法焊接A_3、16Mn钢,可以得到含氢量低,抗裂性强和符合海上结构规程要求的焊缝。文中还探讨了水屏蔽方法焊缝的冷却特性。通过考察电弧功率及焊接速度对焊缝的冷却和硬度的影响,指出在本法焊接中,对应于不同焊接速度的临界电弧功率、临界热输入的概念及其计算方法。     

水下湿法手弧焊焊接过程稳定性的评价方法研究

为了解决水下湿法手弧焊焊接过程中电弧燃烧和熔滴过渡的稳定性容易受到干扰等问题,本文针对其焊接过程的特点,分析了影响湿法手工电弧焊焊接过程的因素,对焊接过程稳定性评价的研究现状进行了总结,并得出一种较为全面的评价焊接过程稳定性的方法,即利用统计图形的方式对焊接过程中的电参数及相关的时间参数进行统计分析,得出反映焊接过程的信息。该方法对焊接过程的描述直观、准确,对于研究新型水下湿法焊接材料,提高焊接过程稳定性和焊缝质量,以及水下湿法焊接技术的推广应用具有重要的意义。     

脉冲YAG激光焊接原位生成TiB_2/ZL101铝基复合材料

采用脉冲激光技术对原位生成TiB2/ZL101铝基复合材料进行焊接,并分析了脉冲频率对焊缝成形及其微观组织、气孔和TiB2粒子在焊缝中分布的影响.结果表明:脉冲激光焊缝成形较好,焊缝内气孔数量较少,焊接后母材中团簇的TiB2粒子变得细小弥散且比母材分布更均匀;当脉冲频率增至200 Hz时,搅拌作用减弱且焊缝内气孔增多,TiB2粒子的弥散分布也相对减弱,激光穿透深度随着脉冲频率的增加而减小;激光焊接时,焊缝呈现出细小的等轴晶组织,在凝固过程中TiB2粒子被界面前沿推移至晶界处,使得其在焊缝内的硬度增加且分布较均匀,焊接后TiB2粒子未与铝基体发生界面反应而保持了对复合材料的增强效果.     

汽车发动机排气阀脉冲激光焊接实验研究

采用YAG激光作为焊接热源,对汽车发动机排气阀的激光焊接工艺进行了实验研究。实验结果表明：对焊面的打磨、抛光和紧密接触对防止焊缝中产生过多的气孔和提高焊缝的机械性能有重要作用;激光功率密度、焊接速度、脉冲宽度和脉冲频率四个参数是实现脉冲激光焊接的关键因素。经理论推导,确定了在脉冲激光最大平均输出功率300W、单脉冲能量60J、脉冲频率5Hz、焊接速度0.75mm/s的限定条件下,最佳工艺参数组合为脉冲宽度8ms和峰值功率7.5KW。与经传统摩擦焊所得焊缝质量相比,其抗剪切强度有明显提高。     

304不锈钢与PET激光焊接性能研究

采用6kW的连续光纤激光器,对304不锈钢和聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)进行了搭接焊接试验.通过调节焊接速度,离焦量,激光功率等工艺参数,研究其对304不锈钢与PET焊接的影响.分析激光功率、焊接速度对焊接接头表面形貌的影响.当功率增加或速度减小时,造成PET焊接一侧的焊接区域增大,焊缝熔深也相应加深,并且焊接区域呈现不规则的矩形焊道.本文还对气泡的产生进行了实验和机理分析,结果表明是由于PET在焊接的过程热降解和部分气化原因造成的,均匀细小的气孔较粗大不规则分布的气孔所在接头强度高.优化焊接工艺参数后,焊接的强度达到PET母材61.4%.     

穿孔法等离子弧立焊焊缝成形机理初探

通过对立焊穿孔熔池的受力状态的分析,初步揭示了穿孔法等离子弧立焊焊缝成形机理,从而发现焊接工艺参数对焊缝成形影响的规律,为进一步研究穿孔法等离子弧立焊焊缝成形机理奠定了基础理论分析和试验结果均表明,穿孔能否连续稳定存在是焊缝成形的前提,而穿孔熔池液面金属的受力及流动则对焊缝正反面的成形起着重要作用在此基础上指出,焊接电流和离子气流量过大时会因穿孔熔池下半部的收缩能力小于上半部的扩张速度而形成切割,反之,过小的焊接电流和离子气流量会形成未焊透控制焊接电流的大小和喷嘴到工件的距离均可有效地实现对焊缝正反面增高量及宽度的控制     

穿孔法对等离子弧立焊焊缝成形机理初探

通过对立焊穿孔熔池的受力状态的分析,初步揭示了穿孔法等离子弧立焊焊缝成形机理,从而发现焊接工艺参数对焊缝成形影响的规律,为进一步研究孔法等离子弧立焊焊缝成形机理奠定了基础。理论分析和试验结果均表明,穿孔能否连续稳定存在是焊缝成形的前提,而穿孔熔池液面金属的受力及流动则对焊缝正反面的成形起着重要作用。在此基础上指出,焊接电流和离子气流量过大时会因穿孔熔池下半部的收缩能力小于上半部的扩张速度而形成切割,反之,过小的焊接电流和离子气流量会形成未焊透。控制焊接电流的大小和喷嘴到工件的距离均可有效地实现对焊缝正反面增高量及宽度的控制。     

单焊枪耦合电弧AA-TIG高速焊工艺

针对SUS304不锈钢,提出单焊枪耦合电弧AA-TIG高速焊接法.与传统TIG高速焊相比,该方法能够显著改善焊缝成形.在焊接速度为500mm/min时,单焊枪耦合电弧AA-TIG焊表面成形良好,焊缝熔深增大.在焊接速度达到1 800mm/min时,单焊枪耦合电弧AA-TIG焊焊缝表面没有出现驼峰和咬边缺陷.工艺试验结果表明:当主电弧电流和辅助电弧电流各自独立增大时,熔深和熔宽都增加,随着焊接速度逐渐提高,则呈现下降的趋势;当辅助电弧保护气体CO2体积分数逐渐增加时,熔深先增加后减小,在φ(CO2)=12%时获得最大深宽比;随着钨极间距的增加,熔深先增加后减小,且钨极间距在4mm时,深宽比最大.