65Mn弹簧钢激光焊接研究

论文摘要

65Mn钢作为常用机器零件钢,广泛应用于机械、交通等部门。传统焊接65Mn钢时,由于该钢的含碳量过高,存在热影响区大,热脆性严重等问题,而难以达到工况要求。与传统焊接方法相比,激光焊接具有深宽比大、焊缝窄、焊缝结合强度高、热影响区小、焊接变形小及对周围组织无影响等特点而得到广泛应用。本文采用TJ5000W CO2激光器对65Mn钢薄片进行激光焊接,利用OM、XRD、显微硬度仪、WDW3100型拉伸电子万能实验机、SEM和350A型X射线应力测定仪等测试手段对焊接接头的结晶状态、组织、显微硬度、相结构、抗拉强度、断口以及残余应力进行了研究,得出了激光焊接65Mn的最佳工艺参数、为将来65Mn钢激光焊接的应用提供理论指导。研究结果表明:（1）当P=2.0kW,V=7mm/s时,激光焊接65Mn钢质量最佳;（2）激光焊接65Mn钢后,从焊缝中心区到焊缝边缘依次形成等轴晶、树枝晶和胞状晶;热影响区组织主要是针状马氏体、贝氏体以及少量铁素体;（3）焊接接头主要由细小的基体相α—Fe及Fe3C、FeSi等相组成。（4）在最佳工艺下,焊缝区最高硬度为720Hv,热影响区硬度最高值约为770Hv,从热影响区到基材硬度明显下降;激光焊接后材料的抗拉强度的平均值为375 MPa,最佳工艺参数下抗拉强度可达到498MPa;激光焊接65Mn钢的残余应力较低,热影响区残余应力平均值为-76MPa,而焊缝区的残余应力平均值为104MPa,残余应力随焊接功率和速度的增加而变大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 65Mn弹簧钢在工业中的应用
• 1.2 65Mn弹簧钢焊接的现状
• 1.2.1 手工电弧焊
• 1.2.2 钨极氩弧焊（TIG）
• 1.2.3 激光焊接
• 1.3 65Mn弹簧钢激光焊接研究进展
• 1.3.1 激光焊接技术
• 1.3.2 65Mn弹簧钢激光焊接国内外研究现状
• 1.4 本论文研究内容
• 第二章 实验材料和试验方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 激光焊接的过程
• 2.2.1 实验前对65Mn弹簧钢材料的切割与清洗
• 2.2.2 激光焊接前的预热处理
• 2.2.3 激光焊接接头的选择
• 2.2.4 激光焊接工艺的选择
• 2.3 组织号眭能的分析
• 2.3.1 试样测试分析前的准备
• 2.3.2 组织分析
• 2.3.3 性能分析
• 第三章 65Mn弹簧钢激光焊接接头的组织分析
• 3.1 65Mn弹簧钢激光焊接熔池的特征
• 3.2 65Mn弹簧钢激光焊接焊缝组织分析
• 3.3 65Mn弹簧钢激光焊接热影响区的组织分析
• 3.4 激光焊接工艺对焊缝组织的影响
• 3.4.1 激光焊接功率（P）对焊缝组织的影响
• 3.4.2 激光焊接速度（V）对焊缝组织的影响
• 3.5 激光焊接工艺对热影响区组织的影响
• 3.5.1 激光焊接工艺对过热区（粗晶区）组织的影响
• 3.5.2 激光焊接工艺对相变重结晶区（细晶区）组织的影响
• 3.5.3 激光焊接工艺对部分相变区组织的影响
• 3.6 关于65Mn钢激光焊接中出现针状铁素体组织的分析与讨论
• 3.6.1 激光焊接功率（P）对焊缝区中针状态铁素体组织的影响
• 3.6.2 激光焊接速度（V）对焊缝区中针状态铁素体组织的影响
• 3.7 焊缝区XRD衍射结果分析
• 3.8 本章小结
• 第四章 65Mn钢激光焊接接头力学性能的分析
• 4.1 65Mn激光焊接接头显微硬度的测定
• 4.1.1 激光焊接功率对焊接接头显微硬度的影响
• 4.1.2 激光焊接速度对焊接接头显微硬度的影响
• 4.2 拉伸实验及断口分析
• 4.2.1 试样拉伸试验
• 4.2.2 拉伸断口分析
• 4.3 残余应力测定
• 4.3.1 残余应力测定的基本原理
• 4.3.2 残余应力测定的结果分析
• 4.3.3 残余应力在焊缝与热影响区随焊接功率和速度增加而增大的机理分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢