D406A超高强度钢激光-TIG填丝焊接特性研究

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1、硕士学位论文D406A超高强度钢激光-TIG填丝焊接特性研究RESEARCHONTHECHARACTERISTICSOFLASER-TIGHYBRIDWELDINGOFD406AULTRAHIGHSTRENGTHSTEELWITHFILLERWIRE张登明哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TG456.7学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工程硕士学位论文D406A超高强度钢激光-TIG填丝焊接特性研究硕士研究生：张登明导师：陈彦宾教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：20

2、15年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG456.7U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHECHARACTERISTICSOFLASER-TIGHYBRIDWELDINGOFD406AULTRAHIGHSTRENGTHSTEELWITHFILLERWIRECandidate：ZhangDengmingSupervisor：Prof.ChenYanbinAcademicDegreeAppliedfor：Master

3、ofEngineeringSpeciality：MaterialsEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要D406A超高强度钢强度极高，韧性较好，主要用于固体火箭发动机壳体。该钢种的焊接性较差，采用TIG焊时存在焊接热输入大、裂纹倾向大、变形大等问题。本文首次对D406

4、A钢的激光-TIG填丝焊接特性进行研究，针对其焊丝熔化过渡行为、焊接缺陷控制、组织及力学性能非均匀性等问题进行分析。研究激光-TIG填丝焊焊丝熔化过渡稳定性。焊丝熔化过渡方式可分为三种：大滴状过渡、颗粒过渡以及液桥过渡，其中液桥过渡稳定性最好。焊丝熔化位置H与熔滴过渡方式直接相关，光丝间距、电弧电流、送丝速度及角度之间的匹配是影响焊丝熔化过渡方式的关键。采用较大的光丝间距、较小的送丝角度，更有利于焊丝熔化过渡的稳定性。激光-TIG填丝焊的光丝间距适用范围在-2mm~+6mm，其适应性比激光填丝焊显著提高。进行焊缝成形控制。激光功率、送丝速度

5、、焊接速度之间的匹配是影响焊缝成形及熔透的关键。焊接时容易出现咬边、焊瘤、偏丝、粘钨极、不连续等成形缺陷，焊丝熔化过渡决定焊缝成形，两层焊比单层焊更有利于避免咬边和焊瘤。分析焊接气孔与裂纹。打底层和盖面层均存在气孔，分析气孔特征和元素分布，判断打底层为CO气孔，填充层为工艺气孔。增大激光功率、减小送丝速度、增大保护气流量，能抑制冶金气孔；采用较小的激光功率，能抑制工艺气孔。裂纹出现在打底层。分析裂纹断口特征，热裂纹和冷裂纹混合出现，热裂纹沿晶断裂，冷裂纹同时具有穿晶和沿晶断裂，表现为河流状花样和冰糖状特征。热输入过大会导致热裂纹的产生，脆而

6、硬的高碳马氏体会导致冷裂纹的产生，热裂纹对冷裂纹有诱发作用。降低焊接热输入，减小焊缝熔合比，能抑制裂纹缺陷。小热输入有利于细化晶粒，焊缝晶粒平均尺寸为10.4μm。分析接头组织与性能。接头宏观尺寸及微观组织均具有非均匀性。电弧区焊缝熔宽是激光区的3.9倍。接头微观组织为尺寸不均匀的马氏体，回火区存在回火屈氏体。板条马氏体内部亚结构为高密度的位错，大热输入时，存在片状马氏体，其亚结构同时存在孪晶和位错。母材硬度最低，热影响区硬度最高，回火区存在软化，其硬度为母材的90%。拉伸试样断裂在回火区，抗拉强度为母材的93%。焊后热处理得到回火马氏体，

7、电弧区焊缝硬度最低；接头抗拉强度为母材的98%，延伸率为7.3%，为韧性断裂。关键词：D406A钢；激光-TIG填丝焊；焊丝熔滴过渡；气孔；裂纹；组织及性能-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractD406Aultrahighstrengthsteel,whichischaracterizedbyitshighstrengthandgoodtoughness,ismainlyusedinthesolidrocketmotorshell.Howevertheweldabilityofthissteelispoor.Thefollow

8、ingproblemssuchashighheatinput,highcrackingtendencyandlargedistortionmayoccurwhenusingTIG