目录
摘要 ............................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................. II
第1章绪论 (1)
1.1 课题背景及研究目的和意义 (1)
1.2 D406A超高强度钢的焊接性 (1)
1.3 超高强度钢焊接研究现状 (2)
1.3.1 超高强度钢TIG焊 (2)
1.3.2 超高强度钢电子束焊 (3)
1.3.3 超高强度钢激光焊 (4)
1.3.4 超高强度钢电阻点焊 (6)
1.4 激光-TIG复合焊接研究现状 (6)
1.4.1 激光-TIG复合焊接工艺研究 (7)
1.4.2 激光-TIG复合焊接机理研究 (9)
1.5 课题的主要研究内容 (11)
第2章试验条件及方法 (13)
2.1 试验材料 (13)
2.2 试验方法及设备 (14)
2.2.1 焊接方法及设备 (14)
2.2.2 高速摄像方法及设备 (15)
2.2.3 焊后热处理工艺及设备 (15)
2.3 焊接缺陷分析方法 (16)
2.3.1 气孔缺陷分析方法 (16)
2.3.2 裂纹缺陷分析方法 (16)
2.4 组织结构分析方法 (16)
2.4.1 金相试样的制备及观察 (16)
2.4.2 TEM试样的制备及观察 (17)
2.4.3 EBSD试样的制备及观察 (17)
2.5 力学性能分析方法 (17)
2.5.1 显微硬度分析方法 (17)
2.5.2 拉伸性能分析方法 (17)
2.5.3 冲击性能分析方法 (18)
第3章激光-TIG填丝焊焊丝熔化过渡稳定性及焊缝成形控制 (19)
3.1 引言 (19)
3.2 激光-TIG填丝焊焊丝熔化过渡行为的表征参数 (19)
3.2.1 光丝间距、送丝角度及热源间距 (19)
3.2.2 焊丝熔化位置 (19)
3.3 激光-TIG填丝焊焊丝熔化受热及受力分析 (20)
3.3.1 焊丝熔化受热分析 (20)
3.3.2 焊丝熔化受力分析 (20)
3.4 激光-TIG填丝焊焊丝熔化过渡的三种方式 (21)
3.4.1 大滴状过渡 (21)
3.4.2 颗粒过渡 (22)
3.4.3 液桥过渡 (23)
3.5 激光-TIG填丝焊焊丝熔化过渡稳定性 (24)
3.5.1 光丝间距的影响 (24)
3.5.2 电弧电流的影响 (25)
3.5.3 送丝速度的影响 (26)
3.5.4 送丝角度的影响 (27)
3.5.5 其它因素的影响 (28)
3.5.6 熔滴稳定过渡的工艺窗口 (29)
3.6激光-TIG填丝焊焊缝成形控制 (30)
3.6.1 焊缝成形缺陷控制 (30)
3.6.2 打底层成形控制 (32)
3.6.3 盖面层成形控制 (33)
3.7 本章小结 (33)
第4章超高强度钢激光-TIG填丝焊气孔和裂纹缺陷分析及抑制 (35)
4.1 引言 (35)
4.2 气孔的产生及分布特征 (35)
4.3 气孔的类型及形成原因 (36)
4.3.1 打底焊气孔类型及形成原因 (36)
4.3.2 盖面焊气孔类型及形成原因 (38)
4.4 气孔的抑制 (39)
4.4.1 冶金气孔的抑制 (39)
4.4.2 工艺气孔的抑制 (43)
4.5 裂纹的产生及分布特征 (44)
4.6 裂纹的类型及形成原因 (46)
4.6.1 弧坑处裂纹 (46)
4.6.2 焊缝中心裂纹 (47)
4.6.3 熔合线附近裂纹 (48)
4.7 裂纹的抑制 (49)
4.8 焊缝组织EBSD分析 (50)
4.8.1 晶粒尺寸分析 (51)
4.8.2 晶界角度分析 (51)
4.9 本章小结 (52)
第5章超高强度钢激光-TIG填丝焊接接头组织与性能分析 (54)
5.1 引言 (54)
5.2 接头宏观尺寸的非均匀性 (54)
5.2.1 焊缝尺寸非均匀性 (55)
5.2.2 热影响区尺寸非均匀性 (55)
5.3 接头微观组织结构非均匀性 (55)
5.3.1 热影响区微观组织 (55)
5.3.3 焊缝微观组织 (58)
5.4 接头力学性能分析 (60)
5.4.1 显微硬度 (61)
5.4.2 拉伸性能 (62)
5.4.3 冲击性能 (63)
5.5 焊后热处理对接头组织性能的影响 (64)
5.5.1 焊后热处理对接头组织的影响 (64)
5.5.2 焊后热处理对接头力学性能的影响 (66)
5.6 本章小结 (68)
结论 (70)
参考文献 (72)
哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 (76)
致谢 (77)
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第1章 绪 论
1.1 课题背景及研究目的和意义 随着航空工业的发展，普通结构钢已经不能满足重要构件的需要，超高强度钢应运而生。通常超高强度钢的抗拉强度高于1400MPa ，韧性较好，在航天航空及武器领域应用广泛[1]。根据合金元素含量的不同，可将超高强度钢分为低、中、高合金三类。其中低合金超高强度钢，通常为中碳调质钢，含碳量约0.25%-0.50%，合金元素包括Cr 、Mo 、Ni 、Si 、V 等，应用最广，也最成熟，多用于要求高性能的航空航天零部件[2]。超高强度钢30Si2MnCrMoVE （简称D406A ），是我国自行研制的钢种，抗拉强度高于1620MPa ，延伸率大于8%，主要用于固体火箭发动机壳体[3]。在新的D406A 钢壳体设计中，焊接接头强度要求提高，几何精度要求更严，采用传统的TIG 焊难以满足壳体研制的需求。
激光-电弧复合焊接是在上世纪70年代末期，由英国学者W.M.Steen [4]最先提出并进行试验。它将激光和电弧两种热源相结合，克服单一热源的不足，提高能量利用率，并保证焊接过程的高质量以及良好的稳定性[5]。采用激光-电弧复合焊接，具有高效率、大熔深、小变形、低热输入等优点，以获得低成本、高效率、高适应性的效果[6]。在超高强度钢焊接时，因为其碳当量高，焊接热输入过大时，主要存在冷裂纹倾向大和热影响区软化的问题。因此，考虑利用激光-电弧复合热源进行超高强度钢的焊接，降低冷裂倾向，提高焊接效率。
因此，本课题以D406A 超高强度钢为试验材料，以TIG 电弧和光纤激光为热源，对超高强度钢激光-TIG 填丝焊接特性进行研究。目前尚未见相关研究报道，该课题对提高D406A 钢壳体的焊接质量和效率具有重要意义。
1.2 D406A 超高强度钢的焊接性
分析D406A 超高强度钢的焊接性，可以为焊接过程提供理论基础。D406A 超高强度钢是一种低合金超高强度钢，属于中碳调质钢的范畴，其强度级别很高，采用碳当量公式[7]计算得到其碳当量约为0.78%-0.99%。
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ω(V)+4ω(Mo)+5ω(Cr)+40ω(Ni)24ω(Si)+6ω(Mn)+ω(C)=C eq (1-1) 从碳当量角度分析淬硬及冷裂倾向大小：当碳当量小于0.4时，钢材的淬硬倾向不大，可焊性比较好；当碳当量大于0.6时，钢材淬硬性很大，焊接难度较大，