船用E级钢高功率激光焊接接头组织与韧性的研究

论文摘要

激光焊接技术以其优于传统连接方式的一些特点如能量密度高、热输入量小、焊缝深宽比大、变形小、易于实现自动化等,其应用领域迅速扩展到航空航天、船舶制造、机车制造、机械零件制造等领域。但其经济成本较高以及对工件装配精度要求较高。相比激光焊,激光-电弧复合焊由于电弧的加入,可以更有效地吸收激光的能量,克服了单纯激光焊和电弧焊的缺点。本文研究了国产普通强度船用E级钢高功率CO2激光焊以及激光-MIG复合焊工艺过程及不同线能量条件下接头组织及力学性能的规律研究。首先,采用激光对接技术和激光—MIG复合焊技术,通过改变激光功率、焊接速度及电弧能量来改变线能量的输入,目的是为了观察不同线能量对普通强度船用E级钢焊接接头各区域组织及力学性能的影响。其次,通过金相显微镜、SEM及透射电镜确认不同线能量条件下焊接接头各区域所得到的组织;试验证实,接头粗晶区位置在小线能量条件下存在大量的粒状贝氏体;当线能量变大时,粒贝的含量逐渐变少,珠光体类组织含量逐渐变多。第三,制备SH-CCT图,观察不同焊接热循环下,热影响区所得到的组织。采用热模拟技术模拟接头热影响区的冲击性能,与组织进行对比。通过采用热电偶测温试验,得出激光焊热影响位置的t8/5,结合SH-CCT图以及热模拟冲击试验,结果显示,在线能量较低情况下,焊接热影响区域有大量粒状贝氏体存在,其对应的低温冲击韧性值较好。第四,依据CCS船规标准对各种不同线能量条件下得到的焊接接头进行抗拉、硬度及低温冲击试验。冲击试验表明,船用E级钢焊接热影响区的低温韧性与输入的线能量成反比,线能量越大,其低温韧性越差。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 船舶焊接技术概况
• 1.3 激光焊接技术发展现状及在造船中的应用
• 1.3.1 激光深熔焊接原理
• 1.4 激光—MIG 复合焊概述
• 1.4.1 高功率激光复合焊原理及工艺特点
• 1.5 船用E 级钢及其焊接特点
• 1.6 韧性评价方法
• 1.6.1 直接评价
• 1.6.2 间接评价
• 1.7 本文研究内容
• 第二章 高功率激光焊接试验和测试分析方法
• 2.1 试验材料与试验方法
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验方法及条件
• 2.1.3 SH‐CCT 图制备及热模拟试验
• 2.2 试验结果分析方法
• 2.2.1 金相分析
• 2.2.2 扫描电镜分析
• 2.2.3 透射电镜分析
• 2.3 力学性能分析方法
• 2.3.1 冲击试验
• 2.3.2 冲击试样断口形貌观察
• 2.3.3 接头显微硬度分析
• 2.3.4 拉伸实验
• 第三章 激光及激光—MIG 复合焊显微组织分析
• 3.1 热影响区概述
• 3.2 激光焊接头金相分析
• 3.2.1 宏观金相图分析
• 3.2.2 微观金相分析
• 3.3 激光—MIG 复合焊显微组织分析
• 3.3.1 宏观金相分析
• 3.3.2 微观金相组织分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 SH‐CCT 图制备及热模拟试验
• 4.1 热影响区SH‐CCT 图制备及分析
• 4.2 热电偶测温实验
• 4.2.1 T8/5 计算理论
• 4.2.2 热电偶测温实验
• 4.3 热模拟试验
• 4.3.1 热模拟式样制备及冲击性能测试
• 4.3.2 热模拟式样冲击断口形貌分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 焊接接头力学性能分析
• 5.1 冲击试验结果分析
• 5.1.1 激光焊及复合焊冲击试验结果分析
• 5.1.2 冲击断口形貌分析
• 5.2 拉伸试验
• 5.3 硬度试验
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表的论文