《外加磁场CO2焊接焊缝性能的研究》-毕业论文.docVIP

精品 外加磁场CO2焊接焊缝性能的研究 1 前言 焊接是一种应用极为广泛的材料加工技术，在众多的焊接方法中，CO2 焊接的应用较为广泛，因为CO2气体保护具有成本低，抗氢气孔能力强，适合薄板焊接并且易进行全位置焊等特点。，所以被广泛应用于低碳钢和低合金钢等黑色金属的焊接[1]。短路过渡是其最常用的一种过渡形式，但在这种过渡形式的焊接中会产生大量的飞溅，这样不仅浪费材料，降低熔敷速度，还恶化了焊工工作环境[2]，并且飞溅的产生降低了电弧的稳定性，焊缝成形较差，在很大程度上限制了CO2气体保护 焊接的应用范围，制约了它在工业生产中的进一步推广和应用。 为了解决上述诸多问题，国内外研究人员一直努力研究寻找好的解决方法，国内外有大量的研究者对短路过渡飞溅、成形问题，在焊接材料、焊接工艺以及电源方面作了大量研究工作。提高焊接接头质量最主要的方法之一是通过控制焊缝金属凝固过程来改善焊缝金属结晶组织。在焊接中，用来改善焊缝金属结晶组织的常用方法有两种，即合金化和振动法。实践证明，通过向熔池中添加细化晶粒的合金元素，可以细化焊缝金属晶粒，改变晶粒状态，从而提高强度和韧性，改善抗裂性能。但在某些情况下，向焊缝中添加元素很困难，或不允许改变焊缝金属成分的含量，所以合金化法在实际中受到一定的限制。而振动法中的机械振动和超声波振动虽然均能很好的细化晶粒，消除和降低缺陷，提高焊接接头组织和性能，但它们的都具有设备复杂，成本高，效率低的缺点。 施加外加磁场也是振动法中的一种形式，外加磁场具有附加装置简单，投入成本低，效率高等优点，所以外加磁场焊接技术得到了国内外的普遍重视，也使得其在冶金、热能、电力、航空、航天、机械等部门和领域具有广泛的应用前景。外加磁场一般采用与电弧轴向平行的的纵向磁场[3]，所以外加磁场又称为同轴磁场[4]。利用外加纵向磁场可以促进焊接电弧旋转并改变电弧弧柱等离子流密度的径向分布，进而影响母材的热熔化过程和焊缝成形；亦可有效地搅拌焊接熔池，改变熔池金属的结晶状况，提高焊缝质量[4]。实践表明：外加磁场对焊接中溶滴的过渡，熔池金属的流动，熔池的结晶形核及结晶生长等过程能进行有效的干预，使焊缝金属一次结晶组织细化，减少化学不均匀性，提高焊缝金属的塑性和韧性，降低结晶裂纹和气孔的敏感性，从而提高焊缝金属的性能，全面改善焊接接头的质量[3]。经过大量的资料表明：随着人们对磁场的进一步认识和对磁场作用下的焊接过程的研究不断深入，发现外加磁场在改善焊缝金属的结晶组织和提高熔敷金属的各项性能有明显的效果[5]。 外加磁场在焊接方面的应用已有很长的历史，从1941年迄今，人们对外加磁场焊接技术研究的范围越来越广，程度也愈来愈深入。在上世纪八十年代以前，国内研究很少进行电弧焊过程外加磁场作用机理的研究工作，而在八十年代中后期，西安交通大学贾昌申教授在20#钢埋弧自动焊中，用此方法细化了焊缝一次结晶组织，减少了焊缝化学不均匀性，改善焊缝金属塑性和韧性，提高了冷弯角的合格率[6]。太原工业大学对双尖角磁场对等离子弧焊的二次压缩作用进行了深入的研究，将电弧压缩成椭圆形，在穿孔等离子焊接中得到较好的应用，北京工业大学对纵向磁场对电弧的压缩作用进行了研究，并将其应用到大电流高熔敷率旋转射流过渡的MAG焊接工艺中，取得了较好的效果[7]。西安交通大学焊接研究所采用外加间歇磁场对1Cr18Ni9Ti不锈钢TIG焊焊缝的耐腐蚀性的影响进行了研究。研究表明：外加纵向磁场后，焊接成分的均匀程度得到改善，提高了焊缝金属的均匀性和耐腐蚀性[8]。早在1962年，Brown等人利用外加磁场最先在不锈钢，钛合金钢，铝合金焊接中研究电磁搅拌的影响，并且发现晶粒细化现象，影响焊缝组织[9]。1982年，P.V.Cherngush采用GTAW焊和埋弧自动焊对外加磁场和焊接本身磁场之间的相互作用大等问题作了研究，通过对比分析提出：焊接生产自动化的下一发展阶段就是广泛采用磁控电弧焊接，通过搅拌控制焊接结晶动力学过程，从而控制焊缝金属微观组织和性能[10]。1977年，M..A.Abralov研究了纵向磁场对01420铝合金焊缝金属组织和性能的影响，认为该方法使焊缝金属一次结晶组织得以细化，并提高了接头强度[10]。 1985年，美国的S.kon,Y.Le等人从改善焊接熔池的结晶条件的角度，研究了磁控电弧横向摆动对高强铝合金2014—16T焊缝熔池结晶组织的热裂纹的影响[11]，但他们利用横向磁场是电弧摆动的方法不利于焊缝的外观成形，所以没有得到推广。西安交通大学焊接研究所又采用外加间隙交变纵向磁场作用于LD10CS 铝合金TIG氦弧焊，用来抑制裂纹的产生。在第1个半周期中，由于外加纵向磁场的作用，焊接电弧旋转，熔池头部高温液态金属被推向尾部，结晶前沿的温度及温度梯度提高，造成凸入到