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Q45CrNiMo1VA和2O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 　　数条件下，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：TG457．1文献标识码：B 　　产品加工中需要对不同厚度的Q45CrNiMo1VA~20钢2种 　

2、　金属进行焊接。Q45CrNiMo1VA属于高强钢，达到1500MPa 　　以上，其(C)控制在0．42％--0．48％，由于合金元素较多，(C)达 　　到1．1％左右．致使其焊接性较差。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(electromagneticstirring，EMS)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，

3、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。 l试验方法 1．1试样制备 ． 　　t考察裂纹产生情况采用Q45CrNiMo1VA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， 　　Q45CrNiMo1VA板尺寸为260mmx775mmx3mm，淬火调质状态， 　　硬度为HRC40左右；2O钢板的尺寸为260mmx77．5mmX2mm。 图1裂纹敏感性试样

4、收稿日期：20o7一O6—22 　　基金项目：中国工程物理研究院科学技术基金资助课题 (XX0322) 1．2焊接方法 　　采用TIG焊，焊接电流120A，西2mm的H18CrMoA焊丝， 　　钨极直径3mm，保护气体(Ar)流量8—12L／min，焊接速度 　　100150mm／min。裂纹敏感性试样不加任何约束，无焊丝， 每种状态用3件试样。 　　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

5、称分布，装置如图2所示。 图2焊接装置示意图 1．3试验设备 　　用WSE一300TSM1型钨极氩弧焊机进行焊接试验，用 　　MG325一MU2000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MM6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

6、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3c，d)。 　　WeldinzTechnolozvVo1．36No．5Oct．2oo7·焊接质量控制与管理·55 (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 　　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I1]。外加纵向磁场

7、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。随着励磁电流的增 　　大，磁感应强度不断增强，熔池金属流动的机械惯性加大，这 样网纹状的外观形貌反而减弱。直至消失。 2．2焊缝质量 2I2

8、．1气孔 　　Q45CrNiMo1VA~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， 结果见表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，}Iz缺陷及数量，点质量级别，级 CS01001I CS031．51焊透缺陷Ⅳ CS04一CS092．5～510I c101一ci051．5