工业纯钛ta2的激光gmaw复合焊接工艺研究(附件)【字数：11705】
摘 要摘 要 本文主要研究的是工业纯钛TA2激光-GMAW复合焊接的焊接工艺，并且研究分析了其焊接接头的微观组织和力学性能。首先，通过改变焊接工艺参数的数值对3mm厚工业纯钛TA2进行激光-GMAW焊接，分析焊接工艺参数对接头焊缝的熔深、熔宽和余高的影响，进而确定出工业纯钛TA2的激光-GMAW复合焊接的最佳焊接工艺参数。研究最佳焊接工艺参数下工业纯钛TA2的激光-GMAW复合焊接接头的微观组织，分析出焊接接头各部分的组织成分。通过拉伸测试和硬度测试，对工业纯钛TA2的激光-GMAW复合焊焊接头的显微组织及力学性能进行了研究分析。 通过焊接实验可以发现，当激光-GMAW复合焊接工业纯钛TA2的激光功率为2000W，焊接速度为20mm/s时，电弧电流为100A时，焊接接头的焊缝质量最佳。在焊接功率和电弧电流不变的条件下，接头焊缝的上熔宽和下熔宽会随着焊接速度的增大呈现出先减小后增大的变化趋势，而熔深和余高都呈现出减小的变化趋势。同理，当电弧电流和焊接速度不变时，接头焊缝的上熔宽和余高会随着焊接功率的增大而减小，而下熔宽和熔深随着焊接功率的增大而增大。最后，在焊接速度和焊接功率不变的前提下，可以发现，接头焊缝的上熔宽和下熔宽会随着电弧电流的增大呈现出先减小后增大的变化趋势，而熔深和余高都呈现出增大的变化趋势。关键词工业纯钛；激光-GMAW复合焊接；焊接工艺参数；微观组织；力学性能
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究的背景及意义 1
1.2 工业纯钛TA2基本特性及焊接特点 2
1.2.1 工业纯钛的分类 3
1.2.2工业纯钛TA2的物理性能 3
1.2.3工业纯钛TA2的化学性能 4
1.3 激光GMAW混合焊接的现状与发展 4
1.4实验内容 7
第二章 试验材料及方法 8
2.1 实验材料及准备 8
2.1.1 实验材料成分 8
2.1.2焊前准备 8
2.2 焊接设备 9
2.3焊接的操作方法 11
2.4 制备试样 12
2.5 试验方法 13
2.5.1 拉伸试验 13
2. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
5.2硬度试验 13
2.5.3 金相试验 14
2.5.4 超景深试验 14
2.5.5 扫描电子显微镜试验 15
第三章 实验结果与分析 16
3.1宏观组织分析 16
3.2焊接工艺参数对焊缝成形的影响 16
3.2.1 电弧电流对焊缝成形的影响 18
3.2.2 焊接速度对焊缝成形的影响 19
3.2.3 激光功率对焊缝成形的影响 19
3.3激光GMAW复合焊接焊缝组织分析 20
3.4焊接接头显微硬度 22
3.5拉伸性能分析 23
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27
第一章 绪论
1.1研究的背景及意义
钛具有优良的耐蚀性、低密度和高比强度等特点，所以人们将钛及钛合金广泛地应用到航空航天、石油化工、生物医药、新能源、车辆工程、冶金铸造、电子商品等重要的行业领域 [1]。钛比一般金属轻48%，且韧性强，耐酸碱性、抗腐蚀、稳定性高，高强度，良好弹性等优点，符合人体工程系，钛对人体无毒，无任何辐射。使其应用在车辆工程，医疗器械，机械建筑，石油化工和军事尖端武器等方面。随着世界对生活质量要求的提高和环保意识的重视，欧美和日本等发达国家的许多汽车公司将钛材应用到汽车上，从而减轻了汽车自重，提高汽车的安全性。在医用钛制品设备领域，钛制血管支架和钛制心脏起搏器等钛制产品成为医院的明星产品，拯救了许多生命。在重工业发达的俄罗斯，其在海洋工程如海上油气田开采、核能应用等方面是很先进的甚至领先美国。早在20世纪70年代，俄罗斯就成功制造出来全钛合金壳体的“阿尔法”级潜艇，“台风”级潜艇用钛量更是达到了9000吨，性能十分的卓越。日本在钛合金的民用技术方面领先其它国家，日本民用钛产品以其技术精、产品新而赢得了很好的声誉占领了大批国际市场。在这个已经不再使用钢铁作为衡量社会经济发展水平的时代，对新型材料的开发和使用才能促进社会发展、优化工业产品以及提高生活水平。作为科技界的热门研究对象，钛及钛合金的应用及开发程度，一定程度上能够准确地反映一个国家或者地区的经济发展水平和材料研究应用的能力，并且已成为国家对新材料发展的标杆和展现综合国力的重要体现。
由于焊接方式通过降低零件数量，可以有效地提高零件结构的灵活性和提高生产效率，所以人们把焊接金属材料结构加工界的“裁缝”。在焊接钛及钛合金之时，作为传统的焊接方法的等离子弧焊和熔化极氩弧焊不同程度上都在存在焊接热影响区大、焊件热变形大、晶粒粗大、焊接效率低以及出现气孔和夹杂等焊接缺点[2]。工业上一般采用弧焊方法来焊接钛合金，使用最普遍的就是钨极惰性气体保护电弧焊(TIG焊)，但由于TIG焊接速度慢导致生产效率低。近年来，为满足现代焊接产品不断增长的高功能性、高精度性、高可靠性和高效率性的要求，人们开始尝试普及新型高效的焊接技术，如激光GMAW(激光与熔化极氩气保护电弧焊)复合焊接技术就是其中之一。
激光电弧复合焊接技术是将CO2激光或光纤激光与常规GMAW复合焊或等离子焊(PAW)复合在一起进行焊接，在降低工件装配精度、提高激光能量传输效率、提高焊接过程稳定性和降低焊接设备成本方面具有明显优势[3]。近年来，国内外大批优秀科学家都将研究目光放在了激光复合焊接上，他们认为激光复合焊接技术，将更好地服务于钛合金的焊接，其具有广阔的工业应用前景。经研究发现，在激光电弧复合焊接技术领域，使用不同的激光器，其焊接质量也不同。与其它激光器相比，光纤激光器具有很好的光束质量，很高的电光转换效率(25%～30%)以及超长的泵浦源寿命(超过50000h)等许多独特的优点[4]。但是，现有的文献主要集中在CO2或YAG激光电弧复合焊方面，对于光纤激光电弧复合焊的报道比较少，仅英国焊接研究所(TWI)和美国Edison焊接研究所(EWI)对于光纤激光焊、光纤激光电弧复合焊接钛合金有所报道[5]。我国由于对于激光焊接的研究起步较晚，目前，对于这些项目的研究还在进行之中。总体来说，光纤激光与电弧复合焊接钛合金的工艺、接头的组织与力学性能数据非常有限，尚需要深入研究。
文中采用激光GMAW复合焊接工业纯钛TA2薄板，对复合焊接的焊缝表面成形以及接头横断面形状特征进行了研究，并测试了复合焊接头的显微组织以及力学性能，为激光电弧复合焊在钛合金焊接中的应用提供了理论基础。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究的背景及意义 1
1.2 工业纯钛TA2基本特性及焊接特点 2
1.2.1 工业纯钛的分类 3
1.2.2工业纯钛TA2的物理性能 3
1.2.3工业纯钛TA2的化学性能 4
1.3 激光GMAW混合焊接的现状与发展 4
1.4实验内容 7
第二章 试验材料及方法 8
2.1 实验材料及准备 8
2.1.1 实验材料成分 8
2.1.2焊前准备 8
2.2 焊接设备 9
2.3焊接的操作方法 11
2.4 制备试样 12
2.5 试验方法 13
2.5.1 拉伸试验 13
2. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
5.2硬度试验 13
2.5.3 金相试验 14
2.5.4 超景深试验 14
2.5.5 扫描电子显微镜试验 15
第三章 实验结果与分析 16
3.1宏观组织分析 16
3.2焊接工艺参数对焊缝成形的影响 16
3.2.1 电弧电流对焊缝成形的影响 18
3.2.2 焊接速度对焊缝成形的影响 19
3.2.3 激光功率对焊缝成形的影响 19
3.3激光GMAW复合焊接焊缝组织分析 20
3.4焊接接头显微硬度 22
3.5拉伸性能分析 23
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27
第一章 绪论
1.1研究的背景及意义
钛具有优良的耐蚀性、低密度和高比强度等特点，所以人们将钛及钛合金广泛地应用到航空航天、石油化工、生物医药、新能源、车辆工程、冶金铸造、电子商品等重要的行业领域 [1]。钛比一般金属轻48%，且韧性强，耐酸碱性、抗腐蚀、稳定性高，高强度，良好弹性等优点，符合人体工程系，钛对人体无毒，无任何辐射。使其应用在车辆工程，医疗器械，机械建筑，石油化工和军事尖端武器等方面。随着世界对生活质量要求的提高和环保意识的重视，欧美和日本等发达国家的许多汽车公司将钛材应用到汽车上，从而减轻了汽车自重，提高汽车的安全性。在医用钛制品设备领域，钛制血管支架和钛制心脏起搏器等钛制产品成为医院的明星产品，拯救了许多生命。在重工业发达的俄罗斯，其在海洋工程如海上油气田开采、核能应用等方面是很先进的甚至领先美国。早在20世纪70年代，俄罗斯就成功制造出来全钛合金壳体的“阿尔法”级潜艇，“台风”级潜艇用钛量更是达到了9000吨，性能十分的卓越。日本在钛合金的民用技术方面领先其它国家，日本民用钛产品以其技术精、产品新而赢得了很好的声誉占领了大批国际市场。在这个已经不再使用钢铁作为衡量社会经济发展水平的时代，对新型材料的开发和使用才能促进社会发展、优化工业产品以及提高生活水平。作为科技界的热门研究对象，钛及钛合金的应用及开发程度，一定程度上能够准确地反映一个国家或者地区的经济发展水平和材料研究应用的能力，并且已成为国家对新材料发展的标杆和展现综合国力的重要体现。
由于焊接方式通过降低零件数量，可以有效地提高零件结构的灵活性和提高生产效率，所以人们把焊接金属材料结构加工界的“裁缝”。在焊接钛及钛合金之时，作为传统的焊接方法的等离子弧焊和熔化极氩弧焊不同程度上都在存在焊接热影响区大、焊件热变形大、晶粒粗大、焊接效率低以及出现气孔和夹杂等焊接缺点[2]。工业上一般采用弧焊方法来焊接钛合金，使用最普遍的就是钨极惰性气体保护电弧焊(TIG焊)，但由于TIG焊接速度慢导致生产效率低。近年来，为满足现代焊接产品不断增长的高功能性、高精度性、高可靠性和高效率性的要求，人们开始尝试普及新型高效的焊接技术，如激光GMAW(激光与熔化极氩气保护电弧焊)复合焊接技术就是其中之一。
激光电弧复合焊接技术是将CO2激光或光纤激光与常规GMAW复合焊或等离子焊(PAW)复合在一起进行焊接，在降低工件装配精度、提高激光能量传输效率、提高焊接过程稳定性和降低焊接设备成本方面具有明显优势[3]。近年来，国内外大批优秀科学家都将研究目光放在了激光复合焊接上，他们认为激光复合焊接技术，将更好地服务于钛合金的焊接，其具有广阔的工业应用前景。经研究发现，在激光电弧复合焊接技术领域，使用不同的激光器，其焊接质量也不同。与其它激光器相比，光纤激光器具有很好的光束质量，很高的电光转换效率(25%～30%)以及超长的泵浦源寿命(超过50000h)等许多独特的优点[4]。但是，现有的文献主要集中在CO2或YAG激光电弧复合焊方面，对于光纤激光电弧复合焊的报道比较少，仅英国焊接研究所(TWI)和美国Edison焊接研究所(EWI)对于光纤激光焊、光纤激光电弧复合焊接钛合金有所报道[5]。我国由于对于激光焊接的研究起步较晚，目前，对于这些项目的研究还在进行之中。总体来说，光纤激光与电弧复合焊接钛合金的工艺、接头的组织与力学性能数据非常有限，尚需要深入研究。
文中采用激光GMAW复合焊接工业纯钛TA2薄板，对复合焊接的焊缝表面成形以及接头横断面形状特征进行了研究，并测试了复合焊接头的显微组织以及力学性能，为激光电弧复合焊在钛合金焊接中的应用提供了理论基础。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/jscl/164.html
