【摘 要】
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本文针对高氮钢焊接过程中氮元素溶解度变化引起的焊缝氮气孔逸出及固溶氮含量下降等问题,提出了激光-电弧两热源弱耦合焊接方法,研究了热源间距及激光离焦量对高氮钢焊接过程稳定性、焊缝成形及微观组织特征、焊缝气孔缺陷及氮行为的影响规律。在光学显微镜及扫描电镜下观测各试样发现,焊缝熔宽随热源间距的增大不断增加,焊缝余高则呈先升高后降低的趋势,热源间距DLA=4mm时成形质量最好。随着光束焦点的不断下移,焊缝
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本文针对高氮钢焊接过程中氮元素溶解度变化引起的焊缝氮气孔逸出及固溶氮含量下降等问题,提出了激光-电弧两热源弱耦合焊接方法,研究了热源间距及激光离焦量对高氮钢焊接过程稳定性、焊缝成形及微观组织特征、焊缝气孔缺陷及氮行为的影响规律。在光学显微镜及扫描电镜下观测各试样发现,焊缝熔宽随热源间距的增大不断增加,焊缝余高则呈先升高后降低的趋势,热源间距DLA=4mm时成形质量最好。随着光束焦点的不断下移,焊缝熔宽、余高都呈不断减小的趋势,当离焦量F=-3mm或-4mm时,焊缝表面均匀性较差,出现塌陷和咬边。高氮钢焊缝组织为奥氏体+δ-铁素体的双相组织,光镜下铁素体呈黑色细小的树枝状或条状分布在浅色基体奥氏体枝晶间隙。随着热源间距的增大,焊缝树枝晶生长连续性变差,数目及尺寸降低。随着焦平面的不断下移,焊缝内树枝晶数目明显增多且尺寸变大。通过对高速摄像图像及焊接电信号分析表明,当热源间距DLA=4～6mm和离焦量F=0～-2mm时,熔滴过渡模式为射流、射滴或二者混合过渡模式,电流、电压波形细密均匀,整体波动相对较小,焊接过程稳定。当热源间距DLA=7mm、8mm和离焦量F=-3mm、-4mm时,熔滴过渡模式向颗粒过渡转变,焊接电信号波形出现明显的尖峰和紊乱现象,焊接稳定性变差,且热源间距为7mm或8mm时,复合等离子体整体形态发散尺寸变大。高氮钢焊缝气孔主要为熔池凝固时因溶解度下降导致的析出型氮气孔,以及激光匙孔不稳定造成的工艺类气孔。随着热源间距从4mm逐渐增大到8mm,焊缝气孔率呈先降低后升高的趋势,热源间距DLA=5mm时达到最低为4.47%。相比于离焦量为0mm,负离焦模式下焊缝气孔数量明显降低,当离焦量F=-3mm和-4mm时,气孔率分别为0.35%和0.56%。热源间距与离焦量通过影响电弧空间氮分子解离度、复合熔池体积及表面积进而影响焊缝氮的扩散与逸出。焊缝电弧区与激光区氮含量都随热源间距的增大而减少,电弧区从0.45%降至0.39%,激光区变化较小在0.36%左右。随着光束焦点的不断下移,焊缝电弧区氮含量变化较小在0.44%左右波动,而激光区变化明显呈现不断增大的趋势,最高可达0.42%。
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