船用5083铝合金CO2激光-MIG复合焊接工艺研究

论文摘要

随着可焊铝合金的发展及全球交通工具轻量化的趋势,铝合金在船舶工业上越来越得到广泛的应用。铝合金传统的熔化极氩弧焊方法面临焊接速度慢、焊后变形大、焊接接头性能差的问题;而激光焊接方法焊接铝合金反射率高、过程稳定难以控制,容易出现孔洞等问题,从而影响了铝合金的应用。CO2激光-MIG复合焊接使CO2激光和MIG电弧两种热源能够优势互补,从而达到最佳的能量利用效果,特别适用于铝合金厚板焊接。本文主要对10mm厚5083铝合金CO2激光-MIG复合焊接工艺进行研究,涉及到复合工艺参数,包括激光工艺参数和电弧工艺参数,对复合焊接过程电信号、复合焊接焊缝成形质量以及焊缝形状的影响;并对5083铝合金CO2激光-MIG对接焊焊缝接头组织及力学性能进行评价。首先,对5083铝合金CO2激光-MIG复合焊接进行工艺参数试验,并采集焊接过程电信号。分析了不同电压下电信号的典型特征,以及不同热源间距、不同激光功率和送丝速度匹配下电信号特征的变化。发现只有在一定的热源间距下,电信号波形才可以保持稳定的状态,过大或过小都会引起电信号的波动;激光功率和送丝速度对电信号稳定均有影响,其中送丝速度影响更大,两者的匹配是电信号稳定的关键。其次,通过对不同工艺参数试验下获得的焊缝的表面形貌进行等级评价,分析了热源间距及不同速度下复合热源功率匹配对成形质量的影响规律。发现在保持电信号稳定的热源间距条件下能够获得良好的焊缝成形,随着电压的增大,焊缝能够在较宽的热源间距值区间内成形;激光线能量大小对焊缝成形质量影响较大,特别是当送丝速度增大时,其影响更加明显。第三、对热源间距、焊接速度、复合功率匹配以及离焦量与焊缝形状参数之间的内在关系进行分析。发现存在适当的热源间距范围使得焊缝熔深最大,即热源复合效果达到最佳;不同焊接速度下,激光功率和送丝速度的匹配效果不同。最后,根据以上复合焊接工艺试验结果进行5083铝合金CO2激光-MIG对接焊,得到能获得良好焊缝成形的工艺参数,并对接头进行宏观、微观组织分析及力学性能测试。结果表明,焊缝中心组织为杂乱的树枝晶结构,由于高温下低熔点元素Mg的烧损,焊缝中心显微硬度值较母材有所下降,复合焊接接头拉伸性能达到母材95%以上,弯曲测试符合船检标准。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 船用铝合金焊接现状及问题
• 1.2.1 铝合金焊接特性
• 1.2.2 船用铝合金焊接现状及问题
• 1.3 激光电弧复合焊接技术
• 1.3.1 激光电弧复合特点与种类
• 1.3.2 复合焊接研究现状及造船业应用
• 1.3.3 激光-MIG 复合焊接铝合金的研究
• 1.4 本课题研究内容及意义
• 第二章 试验材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验设备
• 2 激光器及弧焊机设备'>2.2.1 CO₂激光器及弧焊机设备
• 2 激光—MIG 电弧复合焊接平台'>2.2.2 CO₂ 激光—MIG 电弧复合焊接平台
• 2.3 试验方案设计及试验方法
• 2.3.1 试验方案设计
• 2.3.2 试验分析方法
• 2 激光-MIG 复合焊接工艺参数试验研究'>第三章 CO₂ 激光-MIG 复合焊接工艺参数试验研究
• 2 激光-MIG 复合焊接电信号特征分析'>3.1 CO₂ 激光-MIG 复合焊接电信号特征分析
• 3.1.1 激光电弧热源间距对复合焊接电信号的影响
• 3.1.2 激光电弧复合对电信号的影响
• 2 激光-MIG 复合焊接焊缝成形质量分析'>3.2 CO₂ 激光-MIG 复合焊接焊缝成形质量分析
• 3.2.1 激光电弧热源间距对对焊缝表面形貌的影响
• 3.2.2 焊接速度及热源能量匹配对对焊缝表面形貌的影响
• 2 激光-MIG 复合焊接焊缝形状分析'>3.3 CO₂ 激光-MIG 复合焊接焊缝形状分析
• 3.3.1 激光电弧热源间距对焊缝形状的影响
• 3.3.2 焊接速度对焊缝形状的影响
• 3.3.3 复合热源功率匹配对焊缝形状的影响
• 3.3.4 离焦量对焊缝形状的影响
• 3.4 本章小结
• 2 激光-MIG 复合焊接接头组织与力学性能分析'>第四章 CO₂ 激光-MIG 复合焊接接头组织与力学性能分析
• 2 激光-MIG 复合焊对接试验'>4.1 CO₂ 激光-MIG 复合焊对接试验
• 4.2 复合焊焊接接头微观组织特征
• 4.3 复合焊焊接接头力学性能结果及分析
• 4.3.1 接头显微硬度分析
• 4.3.2 接头力学性能试验分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表或已录用的学术论文
• 致谢
• 上海交通大学学位论文答辩决议书