不锈钢激光+mig复合焊工艺研究(附件)【字数：12940】
摘 要摘 要激光+MIG复合焊是一种新型的焊接方法，其不仅融合了激光焊、MIG焊的优点，同时也克服了激光焊工件装配间隙要求高以及MIG效率低的缺点。本试验采用激光+MIG复合焊的焊接方法，对8mm板厚的A304不锈钢进行焊接工艺试验，研究了焊接工艺参数对焊缝成形的基本规律，为激光+MIG复合焊焊接技术的广泛使用提供了必要的试验依据；研究了复合焊焊接接头的微观组织与力学性能，并与激光焊、MIG焊进行了对比。研究结果表明与MIG焊相比，复合焊焊接方法更容易实现良好的焊缝成形；激光功率是影响复合焊熔深的重要参数，而MIG焊焊接电流主要决定复合焊焊缝的熔宽。多次试验得到了优化参数激光功率为5kW，MIG焊电流为250A，光丝间距为2mm，离焦量为-5mm，焊接速度为1.6m/min。在高速焊接条件下，复合焊焊接速度与MIG焊焊接速度相比，复合焊速度提高约4倍。在焊接接头的微观组织方面，熔合区上部区域的组织比下部区域粗大，熔合区下部的组织中很少出现柱状晶，熔合区中部的柱状晶比熔合区上部的柱状晶更密、间距更小；无论处于焊缝上部、中部及下部，焊缝中心硬度值不低于母材，焊缝中心上部的硬度值小于焊缝中心的中、下部；焊缝的抗拉强度平均值能达到母材抗拉强度的96%；装配间隙越大，抗拉强度值越小。以上研究表明，激光+MIG复合焊比激光焊、MIG更为优越。关键词复合焊；不锈钢；工艺参数；力学性能
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2复合焊概述 1
1.2.1复合焊发展现状 1
1.2.2激光电弧复合焊原理及优点 2
1.3 A304不锈钢复合焊研究现状以及工业应用 3
1.3.1 A304不锈钢的性质及其焊接性 3
1.3.2 复合焊国内外研究现状 5
1.3.3 复合焊在工业上的应用 5
1.4 本课题主要研究内容 7
第二章 试验材料、方法及设备 7
2.1试验方法及材料处理 8
2.1.1试验材料及焊接方法 8
2.1.2焊接前材料处理 8
2.2试验设备 9
2.2.1激光+MIG复合焊焊接系 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
统 9
2.3试样制备与分析测试方法 11
2.3.1显微组织观察 11
2.3.2 焊缝宏观的观察 11
2.3.3 显微硬度测试 12
2.3.4 拉伸性能测试 12
第三章 A304不锈钢激光+MIG复合焊工艺试验及工艺优化 14
3.1 A304奥氏体不锈钢激光+MIG复合焊工艺试验 14
3.1.1激光功率P对焊缝成型的影响 14
3.1.2焊接电流I对焊缝成型的影响 16
3.1.3焊接速度V对焊缝成型的影响 18
3.1.4激光离焦量f对焊缝成型的影响 20
3.1.5光丝间距对D焊缝成型的影响 21
3.1.6 装配间隙对焊缝成形的影响 23
3.2 A304奥氏体不锈钢激光+MIG复合焊工艺优化 25
第四章 不锈钢激光+MIG复合焊接头微观组织及力学性能研究 27
4.1激光+MIG复合焊焊接接头微观特征 27
4.2激光+MIG复合焊接头显微硬度 28
4.2.1激光+MIG复合焊焊接接头显微硬度 28
4.2.2 装配间隙复合焊焊接接头显微硬度 30
4.3激光+MIG复合焊拉伸试验 31
结论 34
致谢 35
参考文献 36
第一章 绪论
1.1课题研究的背景及意义
1912年，不锈钢被发明出来，并取得了非常快速的发展。到目前为止，全球不锈钢使用总量以年均3%——5%的速度增长。改革开放以来，我国钢铁生产和使用总量大大增加，我国处于不锈钢生产和使用的高速增加时期。不锈钢是一种具有优良的耐腐蚀性能的钢种，就是因为这种特殊的优良性能，不锈钢的使用非常广泛。在国内，不锈钢被广泛的应用于船舶制造、汽车制造、航空航天产业制造以及在人们的日常生活中也有广泛的应用。焊接做为一种优良的加工技术，用来加工不锈钢是非常有必要的[1]。
通常来说，传统的焊接方法都可用来进行不锈钢的焊接，比如：手工电弧焊、熔化极气体保护焊、非熔化极气体保护焊等等 [2]。但是，传统电弧焊焊接方法存在大量的弊端。手工电弧焊发明较早，但手工电弧焊焊接效率较低，生产环境较差，对人体健康危害较为严重；熔化极手工电弧焊在不锈钢领域的焊接应用比较广泛，例如MIG焊接。但是MIG焊生产成本较高，焊后工件变形也较大；非熔化极气体保护焊熔深浅，熔宽小，不能够达到深熔焊效果。由于激光技术的飞速发展，激光技术逐渐的被应用到焊接领域 [3]。激光束能量密度高度集中，激光焊接的焊接速度快、可以实现焊接过程的高度自动化、生产环境较好。但是，激光焊接技术也存在其固有的焊接缺点：激光能量利用率较低、激光焊接前工件装配要求较高、设备价格昂贵等 [4]。激光—电弧复合焊的焊接方法的出现，有效的解决了传统电弧焊和新兴激光焊两种焊接技术的缺陷。
复合焊焊接方法，融会了传统电弧焊和激光焊的优点，取其精华，这样得到的焊接接头强度高、熔深较大、生产效率高 [56]。此外激光电弧复合焊焊接方法也拥有焊后工件变形小、焊接过程稳定性高的优点 [78]。激光MIG复合焊，利用填焊丝的优势可以改善焊缝的冶金性能和微观组织结构，常用于焊接中厚板。因此这种方法主要用于造船业，管道运输业以及重型汽车制造业[911]。总之，这种焊接方法的出现，将会大大的改变不锈钢焊接技术。
1.2复合焊概述
1.2.1复合焊发展现状
1960 年，美国著名科学家梅曼在加州休斯研究验室发现第一台红宝石激光器，从此激光技术出现在工业应用中。70年代，激光技术应用在焊接领域，激光技术的应用使得焊接技术飞速发展[1213]。21世纪，德国科学家发明光钎激光器。光钎激光器的出现，使我国焊接技术取得了可喜的成就。激光属于电磁波，是一种特殊的光源。激光焊属于特种连接方法，它是将聚焦的激光束作为热源照射到工件表面，产生热量从而进行焊接[1415]。激光聚焦到工件表面，使金属工件表面发生吸收、反射、加热、熔化、结晶、凝固，从而形成焊缝。激光焊焊接优点众多，比如：焊接质量好、焊缝成型美观、焊接效率高、操作方便等。激光焊接技术已经广泛的应用于工业生产，例如：国内外的汽车生产厂家将激光焊技术应用于汽车零件生产，并且激光焊逐渐取代汽车上电阻焊点。但是，随着激光技术的发展，激光焊的缺点也逐渐凸显出来。20世纪70年代，复合焊技术逐渐走进人们的视野。激光复合焊的提出，是为了解决单激光焊的缺点与不足。初始阶段，英国学者W. M. Steen 等人采用TIG 焊电弧与激光复合取得了良好的效果[1617]。在激光TIG 复合焊方面，T.Ishide 和M.Nayama在实验的基础上进行了焊接规律性研究和总结，我国哈工大陈彦宾等人对激光TIG 复合焊工艺和设备方面做了进一步完善和改进。将电弧引入激光焊中，使得两种热源进行复合，并共同作用在焊件上，从而进行焊接[1819]。随着人们对激光电弧复合焊研究的不断深入，可复合电弧的种类数目也不断增加。1982 年，Hamasaki.M 等人开创性的提出了激光MIG 复合焊的概念。这一概念的提出，引起了焊接领域的广泛关注。世界范围内的焊接机构、专家学者纷纷投入激光复合焊的研究。随着激光器的发展，激光复合焊技术也得到了长足的发展。电弧热源从单一的TIG电弧，逐渐发展到MIG、MAG、Plasma等[2021]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2复合焊概述 1
1.2.1复合焊发展现状 1
1.2.2激光电弧复合焊原理及优点 2
1.3 A304不锈钢复合焊研究现状以及工业应用 3
1.3.1 A304不锈钢的性质及其焊接性 3
1.3.2 复合焊国内外研究现状 5
1.3.3 复合焊在工业上的应用 5
1.4 本课题主要研究内容 7
第二章 试验材料、方法及设备 7
2.1试验方法及材料处理 8
2.1.1试验材料及焊接方法 8
2.1.2焊接前材料处理 8
2.2试验设备 9
2.2.1激光+MIG复合焊焊接系 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
统 9
2.3试样制备与分析测试方法 11
2.3.1显微组织观察 11
2.3.2 焊缝宏观的观察 11
2.3.3 显微硬度测试 12
2.3.4 拉伸性能测试 12
第三章 A304不锈钢激光+MIG复合焊工艺试验及工艺优化 14
3.1 A304奥氏体不锈钢激光+MIG复合焊工艺试验 14
3.1.1激光功率P对焊缝成型的影响 14
3.1.2焊接电流I对焊缝成型的影响 16
3.1.3焊接速度V对焊缝成型的影响 18
3.1.4激光离焦量f对焊缝成型的影响 20
3.1.5光丝间距对D焊缝成型的影响 21
3.1.6 装配间隙对焊缝成形的影响 23
3.2 A304奥氏体不锈钢激光+MIG复合焊工艺优化 25
第四章 不锈钢激光+MIG复合焊接头微观组织及力学性能研究 27
4.1激光+MIG复合焊焊接接头微观特征 27
4.2激光+MIG复合焊接头显微硬度 28
4.2.1激光+MIG复合焊焊接接头显微硬度 28
4.2.2 装配间隙复合焊焊接接头显微硬度 30
4.3激光+MIG复合焊拉伸试验 31
结论 34
致谢 35
参考文献 36
第一章 绪论
1.1课题研究的背景及意义
1912年，不锈钢被发明出来，并取得了非常快速的发展。到目前为止，全球不锈钢使用总量以年均3%——5%的速度增长。改革开放以来，我国钢铁生产和使用总量大大增加，我国处于不锈钢生产和使用的高速增加时期。不锈钢是一种具有优良的耐腐蚀性能的钢种，就是因为这种特殊的优良性能，不锈钢的使用非常广泛。在国内，不锈钢被广泛的应用于船舶制造、汽车制造、航空航天产业制造以及在人们的日常生活中也有广泛的应用。焊接做为一种优良的加工技术，用来加工不锈钢是非常有必要的[1]。
通常来说，传统的焊接方法都可用来进行不锈钢的焊接，比如：手工电弧焊、熔化极气体保护焊、非熔化极气体保护焊等等 [2]。但是，传统电弧焊焊接方法存在大量的弊端。手工电弧焊发明较早，但手工电弧焊焊接效率较低，生产环境较差，对人体健康危害较为严重；熔化极手工电弧焊在不锈钢领域的焊接应用比较广泛，例如MIG焊接。但是MIG焊生产成本较高，焊后工件变形也较大；非熔化极气体保护焊熔深浅，熔宽小，不能够达到深熔焊效果。由于激光技术的飞速发展，激光技术逐渐的被应用到焊接领域 [3]。激光束能量密度高度集中，激光焊接的焊接速度快、可以实现焊接过程的高度自动化、生产环境较好。但是，激光焊接技术也存在其固有的焊接缺点：激光能量利用率较低、激光焊接前工件装配要求较高、设备价格昂贵等 [4]。激光—电弧复合焊的焊接方法的出现，有效的解决了传统电弧焊和新兴激光焊两种焊接技术的缺陷。
复合焊焊接方法，融会了传统电弧焊和激光焊的优点，取其精华，这样得到的焊接接头强度高、熔深较大、生产效率高 [56]。此外激光电弧复合焊焊接方法也拥有焊后工件变形小、焊接过程稳定性高的优点 [78]。激光MIG复合焊，利用填焊丝的优势可以改善焊缝的冶金性能和微观组织结构，常用于焊接中厚板。因此这种方法主要用于造船业，管道运输业以及重型汽车制造业[911]。总之，这种焊接方法的出现，将会大大的改变不锈钢焊接技术。
1.2复合焊概述
1.2.1复合焊发展现状
1960 年，美国著名科学家梅曼在加州休斯研究验室发现第一台红宝石激光器，从此激光技术出现在工业应用中。70年代，激光技术应用在焊接领域，激光技术的应用使得焊接技术飞速发展[1213]。21世纪，德国科学家发明光钎激光器。光钎激光器的出现，使我国焊接技术取得了可喜的成就。激光属于电磁波，是一种特殊的光源。激光焊属于特种连接方法，它是将聚焦的激光束作为热源照射到工件表面，产生热量从而进行焊接[1415]。激光聚焦到工件表面，使金属工件表面发生吸收、反射、加热、熔化、结晶、凝固，从而形成焊缝。激光焊焊接优点众多，比如：焊接质量好、焊缝成型美观、焊接效率高、操作方便等。激光焊接技术已经广泛的应用于工业生产，例如：国内外的汽车生产厂家将激光焊技术应用于汽车零件生产，并且激光焊逐渐取代汽车上电阻焊点。但是，随着激光技术的发展，激光焊的缺点也逐渐凸显出来。20世纪70年代，复合焊技术逐渐走进人们的视野。激光复合焊的提出，是为了解决单激光焊的缺点与不足。初始阶段，英国学者W. M. Steen 等人采用TIG 焊电弧与激光复合取得了良好的效果[1617]。在激光TIG 复合焊方面，T.Ishide 和M.Nayama在实验的基础上进行了焊接规律性研究和总结，我国哈工大陈彦宾等人对激光TIG 复合焊工艺和设备方面做了进一步完善和改进。将电弧引入激光焊中，使得两种热源进行复合，并共同作用在焊件上，从而进行焊接[1819]。随着人们对激光电弧复合焊研究的不断深入，可复合电弧的种类数目也不断增加。1982 年，Hamasaki.M 等人开创性的提出了激光MIG 复合焊的概念。这一概念的提出，引起了焊接领域的广泛关注。世界范围内的焊接机构、专家学者纷纷投入激光复合焊的研究。随着激光器的发展，激光复合焊技术也得到了长足的发展。电弧热源从单一的TIG电弧，逐渐发展到MIG、MAG、Plasma等[2021]。
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