外加磁场对异种金属焊接质量的影响.

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1、外加磁场对异种金属焊接质量的影响摘要：利用外加磁场对Q4rNi1VA和2钢进行了11G焊，并分析了焊缝外观、内部组织和质量的变化。结果表明：在适当的电磁参数条下，焊缝外观和内部组织得到改善，缺陷得到有效抑制，可保证产品的焊接质量。外加磁场通过影响熔池的传热、传质、晶粒和缺陷的形核而发挥作用。关键词：外加磁场；异种金属；焊缝组织；形核；焊接缺陷中豳分类号：0441:TG47.1文献标识码：B产品加工中需要对不同厚度的Q4rNi1VA~20钢2种金属进行焊接。Q4rNi1VA属于高强钢，达到1OOPa以上，其0控制在0.42%—0.48%,由于合金元素较多，0达到1.1°%左右.致使其焊接性

2、较差。虽然采用机器人焊接技术成功实现了2种金属的焊接，焊缝内却经常产生裂纹、未熔合或超标气孔等缺陷，必须进行反复的修补。电磁搅拌(eletragnetistirring,ES)技术是控制金属凝固过程的有效手段。从材料制备的角度讲，焊接过程实际上是金属材料的熔化和重新凝固的过程，因此，电磁搅拌对焊缝质量应该具有较大的影响。本文通过外加磁场，探讨电磁搅拌抑制异种金属焊缝内缺陷、改进焊接质量的可行性.为提高产品的生产效率打下基础。I试验方法1.1试样制备t考察裂纹产生情况采用Q4rNilVA制成的裂纹敏感性试样(图1)。考察焊缝质量采用无坡13的平板对接试样，Q4rNilVA板尺寸为260x7

3、7x3，淬火调质状态，硬度为HR40左右；2钢板的尺寸为260x77.X2。图1裂纹敏感性试样收稿日期：207-6—22基金项目：中国工程物理研究院科学技术基金资助题(XX0322)1.2焊接方法采用TIG焊，焊接电流120A，西2的H18rA焊丝，钨极直径3,保护气体(Ar)流量8—12L/in，焊接速度10010/in0裂纹敏感性试样不加任何约束，无焊丝，每种状态用3试样。外加磁场由与焊接电弧中心同轴的励磁线圈产生，通过专用电源提供双向脉冲励磁电流，产生的磁力线方向基本上与电弧轴线平行，并以电弧轴线为中心对称分布，装置如图2所示。图2焊接装置示意1.3试验设备用SE—300TS1型钨

4、极氩弧焊机进行焊接试验，用G32—U2000型x射线实时成像系统对焊缝质量进行无损检测和评价.在6金相显微镜上进行组织分析。2试验结果与分析2.1焊缝外观形貌无外加磁场时.焊缝外观呈现出与焊接方向相反的波纹形状，波纹间距较大（图3a），这是熔融金属结晶线沿着凝固方向层层推进留下的正常焊缝形貌。施加脉冲磁场后，焊缝外观形貌逐步变成相互交叉的网纹，而且网纹之间的间距较小（图3b）。励磁电流继续增加，磁感应强度增强，焊缝表面的编织状网纹又渐渐减弱，并最终消失（图3,d）。eldinzTehnIzvV1.36N.t.27■焊接质量控制与管理■（a）无外加磁场图3不同外加磁场励磁电流时焊缱外观形貌

5、无外加磁场时，电弧区域起主要作用的电子和正离子进行无规则的热运动、在焊接电流产生的纵向电场作用下的轴向运动、电弧自身电场作用下的径向运动、径向带电粒子浓度差异引起的扩散运动11］。外加纵向磁场时，带电粒子的径向运动切割磁力线而产生切向的洛仑兹力，获得的切向速度分量使其绕轴线旋转.电弧在宏观上也表现出旋转特性。磁场方向将随着励磁电流方向而变化，这样，电弧的旋转方向也将不断地变化。电弧的旋转将带动熔池金属液的旋转，加速金属液的流动，而旋转方向的变化导致金属结晶前沿的相互交叉，从而使焊缝外观呈现间距较小的相互交叉网纹。随着励磁电流的□□大，磁感应强度不断增强，熔池金属流动的机械惯性加大，这样网

6、纹状的外观形貌反而减弱。直至消失。2.2焊缝质量2I2.1气孔Q4rNi1VA~20钢焊接时焊缝内部缺陷主要有气孔、裂纹、未熔合、未焊透、夹渣等。气孔和裂纹类缺陷（包括裂纹和未熔合）在生产中频繁出现，根据GB/T3323-XX《金属熔化焊焊接接头射线照相》对焊缝内部质量进行射线检测，全吉果见表1和图4。表1焊缝内部质量射线检测结果试样号励磁电流，A励磁频率，｝lz缺陷及数量，点质量级别，级S010011SO31.1焊透缺陷IVS04—S092.〜101101一i01.-4201F1002IIF02—F73.0.~2001(a)S1(1F016图4焊缝内部质量(d1S06常规焊接的S1和F

7、01焊缝内部质量为I级和II级，多少存在气孔。施加外部磁场后。除了S03有焊透缺陷外，电磁参数在较宽范围内焊缝内部都没有发现气孔。达到I级焊缝标准.说明电磁搅拌对Q4rNi1VA$I12O钢焊缝内部气孔的抑制作用效果比较明显。熔池中气孔形成稳定的核心并以此为基础长大的临界尺寸可按以下公式计算[2]:□R_ero△[1-F.(2A1-s丽）/F，（1）其中：为熔融金属的表面张力（相间张力），为吸附力的作用面积，F为气泡的表面积，为气孔