TC4鈦合金水下激光填絲焊接控形控性工藝研究
發(fā)布時間：2021-08-21 12:27
水下激光焊接技術(shù)是一種比較高效的原位修復(fù)技術(shù),在水下工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,可以極大地簡化水下設(shè)施在陸上維修拆卸等復(fù)雜過程。而對于鈦合金激光焊接技術(shù)來說,由于其焊接速度快且能得到質(zhì)量較好的焊縫,同時自動化程度較高,深受當(dāng)今社會的青睞,應(yīng)用范圍越來越廣。為此,本課題對TC4鈦合金水下激光填絲焊接試驗(yàn)方法及工藝進(jìn)行了重點(diǎn)研究。為了將水下焊炬與激光系統(tǒng)進(jìn)行更好地搭配,同時消除實(shí)驗(yàn)外部因素的影響,在實(shí)驗(yàn)室前人研究的基礎(chǔ)上,首先重點(diǎn)探討了通入背面保護(hù)氣體流量及離焦量對焊縫成形、焊縫接頭微觀組織及力學(xué)性能等方面的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)過小的保護(hù)氣流量并不能夠保護(hù)焊縫不被氧化,而過大的保護(hù)氣流量則會使焊縫形貌變差,同時在適當(dāng)?shù)碾x焦量下會獲得良好的焊縫。因此得到二者的最佳范圍,分別是:背面氣流量為35 L/min、離焦量0 mm。并在此基礎(chǔ)上,探討了激光功率、焊接速度及送絲速度對TC4鈦合金水下激光填絲焊接焊縫形貌的影響,發(fā)現(xiàn)激光功率及焊接速度的變化主要是改變了激光焊接的熱輸入量,進(jìn)而對焊縫形貌產(chǎn)生影響,而送絲速度的過快或過慢也會對焊縫形貌產(chǎn)生很大的影響。其次研究了激光功率、焊接速度及送絲速度等試驗(yàn)參數(shù)對...
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：71 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
不同離焦量下焊縫熔深熔寬變化[31]
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-4-了研究，研究結(jié)果表明，熔覆層晶粒形狀主要為柱狀晶，在基體與熔覆層結(jié)合處存在少量平面晶及胞狀樹枝晶，熔覆層頂端主要為等軸晶；微觀組織由奧氏體和少量的鐵素體組成，隨著熔覆層層數(shù)的增加，鐵素體含量增大，柱狀晶間距減小，如圖1-2所示。圖1-2308L奧氏體不銹鋼多層激光熔覆層微觀組織[33](a)底部；(b)中間；(c)上部；(d)頂部AnttiSalminen[34]分析了焊件對激光束反射系數(shù)的影響因素并研究了激光填絲焊接過程中焊絲對激光束的反射機(jī)理，研究表明隨著送絲速度增大、激光功率減孝激光焦距的減小，焊絲對激光束的反射系數(shù)增大，反射系數(shù)最大可達(dá)0.5；為達(dá)到最優(yōu)焊接質(zhì)量，送絲角度應(yīng)在45°到60°之間，焊絲直徑略小于工件距離，激光與焊絲的作用點(diǎn)應(yīng)位于焊件表面或略低于表面。Yang[35]對填充新型鋁鎂合金進(jìn)行了激光填絲焊接。通過對激光功率、焊接速度以及送絲速度進(jìn)行仔細(xì)選擇，以獲得最小焊縫寬度和熔合區(qū)的焊縫面積。并采用田口方法對試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)計設(shè)計，優(yōu)化選定的焊接參數(shù)。最后得出了試驗(yàn)參數(shù)對焊接質(zhì)量的影響規(guī)律，試驗(yàn)參數(shù)的最優(yōu)組合為激光功率2.4kW，焊接速度3m/min，送絲速度2m/min，并進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證了優(yōu)化后的參數(shù)。Ma[36]對間隙為0.5mm的2mm厚不銹鋼對接接頭進(jìn)行了雙光束激光填絲焊接。在穩(wěn)定液橋模式和不穩(wěn)定液滴模式下，詳細(xì)研究了不同束流結(jié)構(gòu)的焊絲熔化和傳遞行為。利用高脈沖二極管激光輔助高速攝像系統(tǒng)作為照明源，實(shí)時記錄處理過程。通過比較研究了填充焊絲下單光束激光焊接與雙光束激光焊接的焊接穩(wěn)定性差異。在液橋轉(zhuǎn)移模式下，結(jié)果表明與單光束激光焊接相比，液橋轉(zhuǎn)移過程和焊接穩(wěn)定性受到“破碎-重整”液橋串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式的干擾，同時，通過在
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-5-并排結(jié)構(gòu)中以適當(dāng)?shù)牧餍头�(wěn)定熔池動力學(xué)來改善。Shi[37]研究發(fā)現(xiàn)，未熔合缺陷是厚板激光焊接中的一個挑戰(zhàn)，這種缺陷的形成與焊縫的表面形貌有關(guān)。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)固化填充金屬表面呈凹形時，焊接接頭能形成完全熔合。同時研究了在激光多道焊接過程中，輸入焊接參數(shù)與單焊道幾何尺寸之間的關(guān)系，凝固金屬的表面形狀、填充道次和缺陷的形成起到了很大的影響。AnttiSalminen[38]研究了不同焊接和填充焊絲進(jìn)給量對焊接質(zhì)量和效率的影響。填充絲的應(yīng)用為激光焊接工藝引入了一些新的參數(shù)。送絲位置和送絲角度對焊接過程有顯著影響。焊接質(zhì)量的變化，如未焊透是由于填充絲定位不準(zhǔn)確造成的，可以通過調(diào)整填充絲的送絲速度和能量輸入在一定程度上進(jìn)行補(bǔ)償。填充絲進(jìn)給提供的過程要求不那么嚴(yán)格，但需要額外的能量輸入到工件。Wu[39]通過采用ErNiMo-8和ER308L填充絲進(jìn)行CO2激光焊接，獲得了SA553與SUS304的異種接頭。優(yōu)化焊接工藝參數(shù)后，形成合格的焊縫組織。對ER308L焊縫組織的研究表明，ER308L焊縫中存在馬氏體和奧氏體雙相組織，而ERNiMo-8焊縫中只有奧氏體，如圖1-3所示。對于兩個接頭，不僅微觀結(jié)構(gòu)梯度，而且在焊縫金屬與母材界面附近觀察到元素梯度。在室溫（25°C）和低溫（196°C）下進(jìn)行夏比沖擊和拉伸試驗(yàn)。低溫沖擊能ER308L焊件為51J，低于ERNIMO-8焊件的值為84J。兩種焊件對應(yīng)的低溫拉伸強(qiáng)度分別為1070MPa和960MPa。低溫拉伸兩種焊接件的性能均高于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求�？紤]低溫韌性時，ERNiMo-8焊件綜合性能較好。圖1-3焊縫微觀組織圖像[39](a)和(b)為ER308L；(c)和(d)為ERNIMO-8
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]TC4鈦合金熱變形行為研究[J]. 朱曉亮,歐梅桂,張松,王亞娟,袁國建,潘春華,賀孝文. 現(xiàn)代機(jī)械. 2019(02)
[2]解讀海工發(fā)展現(xiàn)狀及船舶企業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型新機(jī)遇[J]. 沈建榮,葛曉強(qiáng),袁輝,黎麗. 船舶物資與市場. 2019(02)
[3]超窄間隙激光焊接TC4鈦合金接頭組織及性能研究[J]. 崔冰,張華,趙常宇,邵童閣. 材料導(dǎo)報. 2018(S2)
[4]Microstructure,properties and first principles calculation of titanium alloy/steel by Nd: YAG laser self-fluxing welding[J]. 張義福,張華,朱政強(qiáng),潘際鑾. China Welding. 2018(03)
[5]迎接新機(jī)遇 應(yīng)對新挑戰(zhàn)——2018中國（北京）國際海洋工程技術(shù)與裝備博覽會在京落幕[J]. 杜威. 船舶物資與市場. 2018(02)
[6]海島綠色開發(fā)及建造技術(shù)研究[J]. 韓文東,張世武. 綠色建筑. 2018(01)
[7]Friction-stir welding and processing of Ti-6Al-4V titanium alloy:A review[J]. S.Mironov,Y.S.Sato,H.Kokawa. Journal of Materials Science & Technology. 2018(01)
[8]創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展 轉(zhuǎn)型迎接挑戰(zhàn) 海洋工程技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展論壇在京舉辦[J]. 杜威. 船舶物資與市場. 2017(02)
[9]我國大型海洋工程技術(shù)與裝備科技水平快速提升[J]. 本刊專題報道. 科技促進(jìn)發(fā)展. 2015(02)
[10]TC11高強(qiáng)鈦合金激光焊接接頭的顯微組織與力學(xué)性能[J]. 虞鴻江,范如意,黃堅,潘麗華,王勇. 中國有色金屬學(xué)報. 2015(01)
博士論文
[1]強(qiáng)震及失水事故下核電安全殼結(jié)構(gòu)極限承載力研究[D]. 張朝弼.大連理工大學(xué) 2017
碩士論文
[1]CJ核電廠安全生產(chǎn)管理研究[D]. 劉濤.海南大學(xué) 2018
[2]高壓環(huán)境下GMAW焊接接頭組織和力學(xué)性能的研究[D]. 劉宏.北京石油化工學(xué)院 2016
[3]局部干法水下焊接工藝及焊縫質(zhì)量研究[D]. 陳建平.南昌大學(xué) 2013
[4]潛標(biāo)系統(tǒng)有限元建模及動力特性研究[D]. 付強(qiáng).哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2012
[5]變形鎂合金的CO2激光填絲焊研究[D]. 徐虎.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2006
本文編號：3355600
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：71 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
不同離焦量下焊縫熔深熔寬變化[31]
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-4-了研究，研究結(jié)果表明，熔覆層晶粒形狀主要為柱狀晶，在基體與熔覆層結(jié)合處存在少量平面晶及胞狀樹枝晶，熔覆層頂端主要為等軸晶；微觀組織由奧氏體和少量的鐵素體組成，隨著熔覆層層數(shù)的增加，鐵素體含量增大，柱狀晶間距減小，如圖1-2所示。圖1-2308L奧氏體不銹鋼多層激光熔覆層微觀組織[33](a)底部；(b)中間；(c)上部；(d)頂部AnttiSalminen[34]分析了焊件對激光束反射系數(shù)的影響因素并研究了激光填絲焊接過程中焊絲對激光束的反射機(jī)理，研究表明隨著送絲速度增大、激光功率減孝激光焦距的減小，焊絲對激光束的反射系數(shù)增大，反射系數(shù)最大可達(dá)0.5；為達(dá)到最優(yōu)焊接質(zhì)量，送絲角度應(yīng)在45°到60°之間，焊絲直徑略小于工件距離，激光與焊絲的作用點(diǎn)應(yīng)位于焊件表面或略低于表面。Yang[35]對填充新型鋁鎂合金進(jìn)行了激光填絲焊接。通過對激光功率、焊接速度以及送絲速度進(jìn)行仔細(xì)選擇，以獲得最小焊縫寬度和熔合區(qū)的焊縫面積。并采用田口方法對試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)計設(shè)計，優(yōu)化選定的焊接參數(shù)。最后得出了試驗(yàn)參數(shù)對焊接質(zhì)量的影響規(guī)律，試驗(yàn)參數(shù)的最優(yōu)組合為激光功率2.4kW，焊接速度3m/min，送絲速度2m/min，并進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證了優(yōu)化后的參數(shù)。Ma[36]對間隙為0.5mm的2mm厚不銹鋼對接接頭進(jìn)行了雙光束激光填絲焊接。在穩(wěn)定液橋模式和不穩(wěn)定液滴模式下，詳細(xì)研究了不同束流結(jié)構(gòu)的焊絲熔化和傳遞行為。利用高脈沖二極管激光輔助高速攝像系統(tǒng)作為照明源，實(shí)時記錄處理過程。通過比較研究了填充焊絲下單光束激光焊接與雙光束激光焊接的焊接穩(wěn)定性差異。在液橋轉(zhuǎn)移模式下，結(jié)果表明與單光束激光焊接相比，液橋轉(zhuǎn)移過程和焊接穩(wěn)定性受到“破碎-重整”液橋串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式的干擾，同時，通過在
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-5-并排結(jié)構(gòu)中以適當(dāng)?shù)牧餍头�(wěn)定熔池動力學(xué)來改善。Shi[37]研究發(fā)現(xiàn)，未熔合缺陷是厚板激光焊接中的一個挑戰(zhàn)，這種缺陷的形成與焊縫的表面形貌有關(guān)。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)固化填充金屬表面呈凹形時，焊接接頭能形成完全熔合。同時研究了在激光多道焊接過程中，輸入焊接參數(shù)與單焊道幾何尺寸之間的關(guān)系，凝固金屬的表面形狀、填充道次和缺陷的形成起到了很大的影響。AnttiSalminen[38]研究了不同焊接和填充焊絲進(jìn)給量對焊接質(zhì)量和效率的影響。填充絲的應(yīng)用為激光焊接工藝引入了一些新的參數(shù)。送絲位置和送絲角度對焊接過程有顯著影響。焊接質(zhì)量的變化，如未焊透是由于填充絲定位不準(zhǔn)確造成的，可以通過調(diào)整填充絲的送絲速度和能量輸入在一定程度上進(jìn)行補(bǔ)償。填充絲進(jìn)給提供的過程要求不那么嚴(yán)格，但需要額外的能量輸入到工件。Wu[39]通過采用ErNiMo-8和ER308L填充絲進(jìn)行CO2激光焊接，獲得了SA553與SUS304的異種接頭。優(yōu)化焊接工藝參數(shù)后，形成合格的焊縫組織。對ER308L焊縫組織的研究表明，ER308L焊縫中存在馬氏體和奧氏體雙相組織，而ERNiMo-8焊縫中只有奧氏體，如圖1-3所示。對于兩個接頭，不僅微觀結(jié)構(gòu)梯度，而且在焊縫金屬與母材界面附近觀察到元素梯度。在室溫（25°C）和低溫（196°C）下進(jìn)行夏比沖擊和拉伸試驗(yàn)。低溫沖擊能ER308L焊件為51J，低于ERNIMO-8焊件的值為84J。兩種焊件對應(yīng)的低溫拉伸強(qiáng)度分別為1070MPa和960MPa。低溫拉伸兩種焊接件的性能均高于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求�？紤]低溫韌性時，ERNiMo-8焊件綜合性能較好。圖1-3焊縫微觀組織圖像[39](a)和(b)為ER308L；(c)和(d)為ERNIMO-8
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]TC4鈦合金熱變形行為研究[J]. 朱曉亮,歐梅桂,張松,王亞娟,袁國建,潘春華,賀孝文. 現(xiàn)代機(jī)械. 2019(02)
[2]解讀海工發(fā)展現(xiàn)狀及船舶企業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型新機(jī)遇[J]. 沈建榮,葛曉強(qiáng),袁輝,黎麗. 船舶物資與市場. 2019(02)
[3]超窄間隙激光焊接TC4鈦合金接頭組織及性能研究[J]. 崔冰,張華,趙常宇,邵童閣. 材料導(dǎo)報. 2018(S2)
[4]Microstructure,properties and first principles calculation of titanium alloy/steel by Nd: YAG laser self-fluxing welding[J]. 張義福,張華,朱政強(qiáng),潘際鑾. China Welding. 2018(03)
[5]迎接新機(jī)遇 應(yīng)對新挑戰(zhàn)——2018中國（北京）國際海洋工程技術(shù)與裝備博覽會在京落幕[J]. 杜威. 船舶物資與市場. 2018(02)
[6]海島綠色開發(fā)及建造技術(shù)研究[J]. 韓文東,張世武. 綠色建筑. 2018(01)
[7]Friction-stir welding and processing of Ti-6Al-4V titanium alloy:A review[J]. S.Mironov,Y.S.Sato,H.Kokawa. Journal of Materials Science & Technology. 2018(01)
[8]創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展 轉(zhuǎn)型迎接挑戰(zhàn) 海洋工程技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展論壇在京舉辦[J]. 杜威. 船舶物資與市場. 2017(02)
[9]我國大型海洋工程技術(shù)與裝備科技水平快速提升[J]. 本刊專題報道. 科技促進(jìn)發(fā)展. 2015(02)
[10]TC11高強(qiáng)鈦合金激光焊接接頭的顯微組織與力學(xué)性能[J]. 虞鴻江,范如意,黃堅,潘麗華,王勇. 中國有色金屬學(xué)報. 2015(01)
博士論文
[1]強(qiáng)震及失水事故下核電安全殼結(jié)構(gòu)極限承載力研究[D]. 張朝弼.大連理工大學(xué) 2017
碩士論文
[1]CJ核電廠安全生產(chǎn)管理研究[D]. 劉濤.海南大學(xué) 2018
[2]高壓環(huán)境下GMAW焊接接頭組織和力學(xué)性能的研究[D]. 劉宏.北京石油化工學(xué)院 2016
[3]局部干法水下焊接工藝及焊縫質(zhì)量研究[D]. 陳建平.南昌大學(xué) 2013
[4]潛標(biāo)系統(tǒng)有限元建模及動力特性研究[D]. 付強(qiáng).哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2012
[5]變形鎂合金的CO2激光填絲焊研究[D]. 徐虎.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2006
本文編號：3355600
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