42CrMoA中碳調(diào)質(zhì)鋼掃描激光-MAG復(fù)合焊接特性研究.pdf

1、42CrMoA屬于Cr-Mo系列的中碳調(diào)質(zhì)鋼，在高溫下具有優(yōu)良的的力學(xué)性能和組織化學(xué)穩(wěn)定性，因此廣泛地應(yīng)用于火力發(fā)電、石油化工、航空航天、海上交通、原子能等領(lǐng)域。但該材料碳和合金元素含量高，淬硬傾向大；焊縫凝固時(shí)結(jié)晶溫度區(qū)間大，雜質(zhì)元素易于偏析，熱裂紋敏感性高。因此主要應(yīng)用于鑄造件和鍛造件，較少用于焊接結(jié)構(gòu)件。
　　本文針對(duì)42CrMoA中碳調(diào)質(zhì)鋼，采用掃描激光-MAG復(fù)合焊接方法系統(tǒng)地研究了掃描軌跡、掃描幅度、掃描頻率等參數(shù)對(duì)工

2、藝型氣孔和焊縫成形的影響規(guī)律，并利用高速攝像分析了焊接過(guò)程中激光小孔動(dòng)態(tài)行為。對(duì)于焊接中出現(xiàn)的裂紋，應(yīng)用金相分析和掃描電鏡斷口分析確定了裂紋的性質(zhì)和形成原因，并根據(jù)裂紋的類型制定了相應(yīng)的防止措施，為42CrMoA中碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　研究表明：在適當(dāng)?shù)暮附訁?shù)范圍內(nèi)，掃描激光-MAG復(fù)合焊接方法能夠有效地抑制工藝型氣孔的形成，同時(shí)顯著改善焊縫成型。在垂直、圓形和“8”字形三種掃描路徑中，垂直路徑和圓形路徑對(duì)氣孔有較好

3、的抑制效果，“8”字形效果不佳。在垂直掃描軌跡下，當(dāng)掃描幅度小于1.0mm時(shí)，對(duì)氣孔沒(méi)有抑制效果；當(dāng)掃描幅度在1.0mm-2.0mm時(shí)掃描頻率與氣孔率呈“U”型關(guān)系，其最優(yōu)頻率區(qū)間為20Hz-60Hz；當(dāng)掃描幅度大于3.0mm時(shí)，可在全頻率區(qū)間內(nèi)抑制氣孔，但此時(shí)激光為熱導(dǎo)焊模式。垂直掃描軌跡雖然能夠抑制氣孔，但是焊接過(guò)程產(chǎn)生較多飛濺并且焊縫根部?jī)蓚?cè)容易出現(xiàn)羊角形尖頂。圓形掃描軌跡下，當(dāng)掃描幅度小于0.5mm時(shí)對(duì)氣孔沒(méi)有抑制效果；當(dāng)掃描幅

4、度在0.5mm-1.0mm范圍時(shí)，掃描頻率與氣孔率呈“U”型關(guān)系，其最優(yōu)頻率區(qū)間為20Hz-60Hz；當(dāng)掃描幅度大于2.0mm時(shí)激光焊接模式為熱導(dǎo)焊，焊縫中的氣孔都將消失。綜合考慮焊縫熔深、焊接飛濺和焊縫成形,圓形掃描軌跡的掃描激光-MAG復(fù)合焊接效果最優(yōu)。
　　通過(guò)同軸高速攝像系統(tǒng)研究掃描激光-MAG復(fù)合焊接過(guò)程中的小孔動(dòng)態(tài)行為發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)激光-MAG復(fù)合焊相比，掃描激光-MAG復(fù)合焊能夠增大小孔的開口面積平均值，使其從1.2m

5、m2增加到2.0mm2；采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法對(duì)小孔面積實(shí)時(shí)波動(dòng)情況進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差比標(biāo)準(zhǔn)差更能反映小孔的穩(wěn)定性，且與焊縫氣孔率存在較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，它也許可以作為表征焊縫氣孔率的特征參數(shù)之一。
　　圍繞42CrMoA中碳調(diào)質(zhì)鋼內(nèi)燃機(jī)活塞套實(shí)際產(chǎn)品的焊接裂紋問(wèn)題，從材料化學(xué)成分、冶金性能和金相組織等方面進(jìn)行了深入研究和分析，研究發(fā)現(xiàn):42CrMoA的冷、熱裂紋敏感性都很高，尤其處于調(diào)質(zhì)態(tài)時(shí)焊接性更差，因此焊接過(guò)程中需要采取非常嚴(yán)格