解析中部槽激光-mag复合热源打底焊焊接工艺研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com俘掳中部槽激光一MAG复合热源打底焊焊接工艺研究机械科学研究院哈尔滨焊接研究所(150028)梁晓梅滕彬王小朋杜兵戴红摘要采用MAG电弧焊和激光一MAG复合热源焊对45mm厚ZG30SiMn和NM400异种钢进行打底焊试验，通过光学显微镜、SEM和EDS能谱分析方法对裂纹的微观组织形貌进行观察和分析。结果表明：中部槽焊接接头易出现未焊透和焊接裂纹等焊接缺陷。由于焊缝处c，si，s，P等热裂纹敏感性元素的聚集及焊接应力的共同作用导致结晶裂纹的产生。采用激光一MAG复合热源焊，通过控制焊缝化学成分和改变接头形状的方法消除了焊

2、接热裂纹，并利用复合热源深熔性特点结合焊接坡口优化，保证了焊接效率等问题，获得了稳定、优质、高效的焊接接头。关键词：中部槽激光一MAG复合焊热裂纹未焊透中图分类号：TG456．7用小角度、大钝边的坡口形式，焊接过程中容易出现未0前言焊透、未熔合等致命性焊接缺陷，严重影响了接头质煤矿井下工作面刮板输送机不断向着重型、超重量。文中利用激光一电弧复合热源焊接方法熔深大、型、大运量、长远距、高可靠、自动化方向发展⋯。中部接头质量好的特点，成功地解决了上述焊接问题，提出槽是刮板输送机中的主要部件，也是磨损最为严重的了激光一MAG复合焊接方法进行中部槽打底焊接的优部件

3、，其可靠性和耐磨性直接关系着整套设备的过煤势，为后续工艺开发奠定了基础。量和综合性能J。中部槽最主要的焊接部位是铸造槽1试验材料与方法帮与高强度耐磨中板的焊接，两种材料均属于低合金高强钢，碳当量高，焊接性差，冷、热裂纹是最易出现且槽帮材料为ZG30SiMn，中板材料为NM400，板材危害最大的焊接缺陷J。尺寸为400mmx150mmx45mm，焊接材料为直径目前中部槽打底焊方法大多为焊条电弧焊，焊接4,1．2mm的ER69一G焊丝，化学成分见表1。焊接坡效率低，同时为了减少焊接材料消耗量，焊接坡口多采口为双V形和双U形两种，如图1所示。坡口形式表示表1母材

4、及焊丝的化学成分(质量分数，％)方法为A。一B一(A为坡口角度；B为钝边厚度；R：为圆角半径2mm)。焊接方法为手工MAG和激光一MAG复合焊接方法，复合焊接方法采用激光在前电弧在后的焊接方式，焊接系统包括6kW光纤激光器、光纤直径．4mm、TPS4000型数字化焊机及焊接试验工作台，焊接工艺参数见表2。收稿日期：2015—03—22(a)双V形(b)双U形基金项目：“大型刮板输送机中部槽智能化焊接生产线研制”智能制造装备发展专项(201210211)图1坡口结构示意图2015年第8期27学兔兔www.xuetutu.comr蜉掳生产应用矽表2焊接工艺参数

5、沿垂直焊接方向截取焊缝断面，研磨抛光后用过裂纹金相显微形貌如图3a所示，裂纹位于焊缝金属饱和的FeCI水溶液进行腐蚀观察；利用Olympus—凝固轴心部位的尾部，走向与焊缝金属一次结晶方向一PME型光学显微镜观察焊缝金相组织；采用FEISirion致，始末两端比较圆滑，属于典型的沿晶裂纹形貌。焊缝200高分辨率场发射扫描电镜(SEM)观察焊缝微观组SEM形貌如图3b一3c所示，裂纹断裂面参差不齐，表面织及裂纹断口形貌，并利用附带的能谱分析仪EDS分覆盖着一层薄膜状物体，颜色灰暗且有明显氧化现象，说析焊缝组织成分。明裂纹是在高温下形成的；没有裂纹的断裂面比较

6、平整，断口颜色接近金属色，没有氧化现象，如图3d所示。根2试验结果及分析据上述分析结果，确定此裂纹为焊接结品裂纹。2．1手工MAG打底焊试验图2为中部槽手工MAG打底焊焊缝断面形貌，焊接坡口均为双V形(36。一4)。由图2a～2c可知，焊接间隙为0mm，1mm和2mm时，坡口钝边均未焊透，这是由坡口角度小、电弧一部分能量损失在坡口两侧母材上、钝边尺寸大、电弧焊熔深小造成的，并且焊接间隙会增加焊缝金属填充量，使焊接效率降低，焊接成本增加。因此，为了增加焊缝熔深，采用大热输入进行无间隙焊接，结果如图2d所示。在焊缝靠近上表面位置(a)裂纹金相显微形貌发现焊接裂

7、纹，此裂纹呈人字形分布，沿焊缝中心两侧枝晶方向对称扩展为一条明显的内部裂纹。(b)裂纹处高倍SEM形貌(a)0(b)1mm(c)2mm(d)0图2不同焊接间隙的接头断面形貌上述结果表明，采用手工MAG焊接方法进行中部槽打底焊时，焊缝容易出现未焊透及焊接裂纹。2．2焊接热裂纹的确定及产生原因分析2．2．1焊接热裂纹(c)裂纹处低倍SEM形貌282015年第8期学兔兔www.xuetutu.comf-~。生产应用t蜉掳相或结晶终了前是相，被析出的S，P就会在晶界富集，增加结晶裂纹倾向，即随着碳含量的增加，S，P的有害作用加剧。焊接应力的作用是形成结晶裂纹的充分

8、条件，板材尺寸大、坡口角度小及结构刚性大等因素都会造成焊接接头拘束