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26【毕业论文片状GH4169的微型脉冲激光对接焊研究.doc

26【毕业论文片状GH4169的微型脉冲激光对接焊研究

高睿圣
2017-09-26 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《26【毕业论文片状GH4169的微型脉冲激光对接焊研究doc》,可适用于综合领域

【毕业论文片状GH的微型脉冲激光对接焊研究毕业设计(论文)题目:片状GH的微型脉冲激光对接焊研究学院:航空制造工程学院专业名称:焊接技术与工程班级学号:学生姓名:指导教师:陈玉华二O一O年六月南昌航空大学学士学位论文目录前言选题的依据及意义国内外研究现状及发展趋势国内外研究现状发展趋势试验内容试验条件及方法试验材料试验设备激光焊接设备焊接工装夹具试验方法焊前准备试验方法及参数拉伸性能试验焊缝表面形貌及金相显微组织观察显微硬度测量工艺参数对焊缝成形的影响保护性气体及吹气方向对焊缝成形的影响激光功率百分比对焊缝成形的影响脉冲频率对焊缝成形的影响脉冲宽度对焊缝成形的影响线能量对焊缝成形的影响焊缝微观组织的影响规律热影响区的微观组织特征及分析焊缝区的微观组织特征及分析,激光工艺参数对焊接接头力学性能的影响规律激光焊接工艺参数对焊接接头抗拉强度的影响焊接接头显微硬度分析结论参考文献致谢南昌航空大学学士学位论文片状GH的微型脉冲激光对接焊研究学生姓名:班级:指导老师:陈玉华摘要:GH合金是一种镍基变形高温合金,在以下具有很好的力学性能、良好的抗疲劳和耐腐蚀性~并且还具有良好的加工和焊接性能~被广泛的应用于航空航天产品的制造。但是若采用传统的焊接方法进行焊接~在焊接过程中容易产生液化裂纹~而且焊后焊接接头容易产生应变时效裂纹~焊缝综合性能较差。激光焊是一种高能密度焊接~在焊接GH高温合金时具有很多优点。采用脉冲激光焊接对mm厚的GH合金薄片进行了对接焊试验~研究激光功率百分比、脉冲频率、脉冲宽度等工艺参数对焊缝表面成形、焊缝显微组织、焊接接头抗拉强度和硬度的影响~分析各个焊接参数对焊接质量的影响规律~制定最佳的焊接工艺参数。试验结果表明~焊接工艺参数对焊缝成形有较大影响~激光焊接方式会随着激光功率百分比的变化而改变。当激光功率百分比为,时~焊缝表面金属汽化严重~焊缝被烧穿。当激光功率百分比为,时~焊缝明显没有被焊透。当激光功率百分比为,,时~焊缝表面成形质量和接头力学性能都比较良好。焊缝微观组织的晶粒尺寸都要比母材小~而且晶粒内部产生成分偏析。焊缝中心区为细小的等轴晶~焊缝边缘区主要为柱状晶组织。焊接接头的强度一部分要高于母材~另一部分要比母材低~但是它们的延伸率都下降。焊缝区化学成分不均匀~不同区域的显微硬度各不相同~但它们都要比母材显微硬度高。当激光功率百分比为,且脉冲宽度手段保存和汇编本学位论文。作者签名:日期:导师签名:日期:南昌航空大学学士学位论文前言选题的依据及意义GH合金是一种铌强化的沉淀硬化型铁镍基高温合金其基体是NiFe奥氏体主要强化相是体心四方的Ni、Nb相。该合金在,温度范围内具有良好的综合性能以下的屈服强度居变形高温合金的首位并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能以及良好的加工性能、焊接性能良好因此在航空航天、化工能源等工业领域得到了广泛的应用。例如涡轮盘、涡轮轴、压气机叶片等部件常常用这种材料来进行制造它的应用与发展也越来越受到人们的重视。材料的应用范围很大程度上取决于这种材料的焊接性焊接是材料加工工程中的一种重要工艺一种焊接性良好的材料必将得到广泛的应用反之则很难在生活中大量使用。GH作为一种镍基高温合金在焊接性方面有着自己的特点。首先该合金所含的合金元素较高在焊接过程中容易产生液化裂纹。其次在焊接完成后在焊接接头中容易形成应变时效裂纹产生的位置是在HAZ部位。还有在焊接过程中容易产生铌偏析现象这将严重影响焊接接头的力学性能。采用钨极氩弧焊的焊接方法在过热区有显著的晶粒粗化现象对高温瞬时强度和持久强度有好处但严重地降低了高温塑性和疲劳强度其焊接接头性能是不均匀的。若采用传统的焊接方法则很难满足现实状况的需求。例如采用传统的熔化焊时焊接热输入量很大在焊缝区易产生脆性组织甚至出现结晶裂纹等缺陷在热影响区则容易产生液化裂纹难以保证焊接质量。若采用电阻焊时接头处易有脆性组织产生使接头性能降低。若采用超塑性成形,扩散连接组合工艺时由于GH扩散连接困难通常其扩散连接温度不低于连接时间不小于min而此条件下GH合金完全回熔导致晶粒急剧长大严重地降低其超塑性能并且其扩散连接的强度较低难以满足多层结构成形的需要。而如果使用电弧焊接时又容易在焊接接头中产生未熔合、夹杂、气孔等缺陷。因此必须找到新的焊接方法和工艺使其焊接结构获得良好的力学综合性能为推动高温合金在现实生活中的应用奠定良好的技术基础。激光焊接技术作为一种高能密度焊有着自己独特的优点:具有很好的方向性和单色性因此经过聚焦后可使激光光束的功率密度很高因而可以焊接一些高熔点难焊的材料。又由于激光聚焦光斑小作用时间短焊接热影响区小变形、应力也就小。此外激光焊接系统具有柔性可实现多工位焊接易于实现自动化。在激光焊南昌航空大学学士学位论文接过程中能够减少裂纹和气孔等缺陷的出现并能够对局部微小区域进行加热使焊缝的组织形态和晶粒尺寸发生变化并获得了良好的接头性能。在这次试验过程中被焊材料为细小的薄片状。而焊接薄片的难点就是在保证焊缝焊透的情况下而不能让其烧穿因此研究薄片金属的焊接在现实应用中有着重大的意义。GH合金在焊接过程中会由于热收缩而引起工件移动、连接时对接缝间隙过大或过小等问题尤其是薄片对接焊时易产生烧穿使得焊接质量难以保证而这些都可能与激光焊接时的工艺参数搭配是否合理有关。因此研究激光焊接工艺参数对焊缝质量的影响规律就显得十分重要。这次试验是利用Nd:YAG脉冲激光焊接GH合金薄片主要研究激光焊接工艺参数对焊缝表面成形、焊缝微观组织、焊接接头强度和硬度的影响规律从而获得成形良好的工艺参数范围研究结果为薄片状材料的激光焊接工艺参数的设定及选择合适的加工工序提供依据同时对GH合金及激光焊的应用与推广具有重大的现实意义。国内外研究现状及发展趋势国内外研究现状微型脉冲激光焊是一种先进的焊接连接技术属于高能密度焊。根据激光束功率密度的高低、作用时间的长短脉冲激光焊接分为两种形式。一种是以传热熔化方式进行焊接当激光束直接照射到被焊材料表面上时材料吸收光能光能转化为热能而加热熔化材料材料表层的热以传导方式继续向材料深处传递直至将两个待焊件的接触面互熔并焊接在一起为止。另外一种是以深穿入熔化方式进行焊接当更大功率密度的激光束照射到被焊材料表面时材料被加热熔化以至汽化产生较大的蒸汽压。在蒸汽压力的作用下熔化金属被排挤在激光束周围使照射处呈现出一个凹坑。随着激光束的继续照射凹坑愈来愈深而形成深穿型的圆孔空腔激光可以透过小孔的金属蒸汽直射孔底。当激光停止照射后小孔周边熔化的金属重新流回到小孔里冷却凝固后即将工件焊接在一起。因此在进行激光焊接时功率密度不同焊接方式也不同。激光焊接技术作为一种高能密度焊有着自己独特的优点:具有很好的方向性和单色性,因此经过聚焦后可使激光光束的功率密度很高因而可以焊接一些高熔点难焊的材料。又由于激光聚焦光斑小作用时间短焊接热影响区小变形、应力也就小。此外激光焊接系统具有柔性可实现多工位焊接易于实现自动化。在焊接过程中由于激光焊加热和冷却速度快零件不易引起热损伤、生产过程南昌航空大学学士学位论文容易实现自动化以及生产率高等优点能够减少焊缝金属间化合物的产生以及裂纹和气孔等缺陷的出现况且激光束聚焦后可获得很小的光斑能精密定位还能够对局部微小区域进行加热同时还有“净化效应”。但是激光焊接也有自身的一些缺点和局限性:如要求被焊件有高的装配精度材料表面状态不同则激光吸收率也随之变化激光器和焊接系统的成本高一次投资大等。正是由于激光焊接比传统的熔化焊接具有许多优越焊接特性因此国内外对此也进行了许多的研究。吴世凯等对大厚度不锈钢板的激光焊接进行研究表明通过优化工艺参数采用万瓦级激光自熔焊、窄间隙多层填丝焊及激光TIG填丝复合焊可以实现焊接厚度超过mm的不锈钢对接焊可以获得焊缝成型良好无气孔、裂纹等缺陷的焊接接头此外焊缝组织细小热影响区窄接头显微组织和力学性能优良可满足使用要求。熊丽娟等对小尺寸不锈钢片激光焊接进行研究结果表明对于小尺寸工件而言激光功率密度和平均功率是影响焊缝熔透的关键因素脉宽越大保证熔透的功率密度可选范围越小重叠率对工件焊缝成形有很大影响的增量都会使焊缝成形发生较大变化焊缝熔宽受峰值功率、脉冲宽度和脉冲频率三者的影响程度依次减弱。梁春雷等研究了TC钛合金薄板母材及其激光焊接头的拉伸和疲劳性能。结果表明:与母材相比激光焊接头的强度升高延伸率下降拉伸试样均断在母材。激光焊接头的疲劳寿命在低应力水平时高于母材而在高应力水平时低于母材。在疲劳扩展区母材为韧性穿晶断裂熔合区则呈现出韧性和脆性相混合的断裂形貌在瞬断区母材由等轴韧窝组成而熔合区主要为粗大的穿晶解理平面。胡席远等对薄板激光焊接质量影响因素进行了研究结果表明:激光焊时在焊缝起焊和收尾处均易出现半椭圆形的缺口而选择合适的激光器模式可以使深熔焊所需激光功率降低使焊速提高一倍以上且能大大减小焊缝头尾处的缺口选用合适的光束直径与聚焦透镜直径的比值加强气体冷却可改善聚焦透镜的热效应影响。陈俐等对高强度钢的激光焊接性进行了研究主要分析高强度钢激光焊接性的一些特征介绍国内外目前就高强度钢激光焊接所采取的防止裂纹和HAZ软化的工艺措施。实验结果表明无论是碳钢或经合金强化的高强度钢还是通过特殊冶金加工的高强度钢在快速加热和冷却的激光焊条件下一方面接头的硬度大大高于母材南昌航空大学学士学位论文使接头易产生裂纹另一方面激光的再热作用使HAZ出现软化区。由于传统的理论难以精确分析激光焊接头的相变和结晶过程因此激光焊裂纹的形成机理还需做更多的工作。合理确定激光焊工艺采用附加热作用或填丝焊、复合焊、新激光器焊接等新工艺也可防止裂纹。尽量减小HAZ的宽度有利于降低软化现象的影响。耿平等利用低功率的Nd:YAG激光器实现了厚度为mm型奥氏体不锈钢焊接并对焊缝成形影响因素进行研究结果表明焊接速度、脉冲宽度以及脉冲频率是影响焊缝形貌的主要因素焊前机械清理对焊缝成形也有一定的影响。阎小军等对L不锈钢薄板脉冲激光对接焊工艺及组织进行研究结果表明对mm厚的不锈钢激光焊接适宜用小电流、大脉宽、高速度、高频率的焊接工艺参数焊缝中心为细小的等轴晶边缘为细小的柱状晶焊接接头的抗拉强度高达母材的。江嗣湖等对#钢的激光焊接进行了研究研究结果表明#钢薄板激光焊接接头组织主要由下贝氏体和少量侧板条铁素体或少量马氏体组成。随着激光功率的提高侧板条铁素体逐渐增多马氏体逐渐减少随着焊接速度的提高焊接接头组织中侧板条铁素体减少马氏体增多。激光功率和扫描速度均提高时热影响区最高硬度提高接头硬度均高于母材无明显软化区。F(MalekGhaini等对ST低碳钢脉冲Nd:YAG激光焊接接头组织性能特征进行研究结果表明激光峰值功率密度和重叠率对接头显微硬度影响较大焊缝中心为粗大的枝状晶。传感器或温控器中的弹性薄壁波纹片其厚度在mm采用传统焊接方法难以解决TIG焊容易焊穿等离子稳定性差影响因素多而采用激光焊接效果很好得到广泛的应用。近年来激光焊在薄板焊接中扮演着重要的角色其应用如心脏起搏器支架电子封装铸造涡轮发动机薄板覆盖件汽车面板的焊接等。高温合金是应用在现代动力机构高温部件以及燃气轮机、能源、冶金、石化设备等高温零部件的重要金属材料。它能在高温(,)氧化气氛中和燃气腐蚀条件下承受较大应力长期使用。变形高温合金是航空、航天和核能工业必须应用的高温材料制造航空、航天发动机和核反应堆中在高温环境下应用的各种关键零件。随着舰船动力的提高和地面燃机发电需求的快速增长不仅扩大了不锈钢高温合金的应用领域并且因其具有与宇航、核能不同的应用环境又促进了材料的生产和发展。但是高温合金的焊接是一个难题限制了它的更广泛的应用。因此许多年来国内外科学家对它的焊接进行了深入的研究。南昌航空大学学士学位论文杨军、周昀等人对GH合金惯性摩擦焊接头的高温持久性能进行了研究实验结果表明GH合金焊接热处理工艺状态以直接时效态的焊接接头的高温持久性能最好比固溶态材料焊后时效的高温持久时间要高出近一倍而且比直接时效处理的母材高温持久时间还长。此外焊前经直接时效处理的GH合金惯性摩擦焊接头,在焊合区及热影响区均产生了因固溶而造成的软化现象,经焊后再时效处理后焊接接头的显微硬度显著增高其中焊合区的硬度最高并且高于母材。无论是固溶态或直接时效态的试样焊后再时效处理后的高温持久强度断裂位置都在焊接接头部位而且为典型的韧性断裂。超塑性成型具有塑性高、变形抗力小、可一次精密成型、模具寿命长、成型零件质量好等优点用超塑成形工艺成型的零件不会出现回弹也不保留残余应力我校的叶湖莲、王高潮等老师对其进行了深入的研究。在镍基高温合金中δ相是一种均匀弥散分布且稳定的金属间析出相可用来控制再结晶后晶粒的尺寸。GH经过高温锻造、δ相析出及再结晶热处理后析出的δ相有效地控制了再结晶后的晶粒尺寸大小得到均匀细小的晶粒因而提高了合金的拉伸性能。因此GH锻后出现的晶粒不均匀现象可以通过析出δ相和再结晶热处理消除、改善材料的力学性能。金属结构材料在循环载荷下容易产生疲劳断裂问题,疲劳裂纹扩展性能是飞机和发动机损伤容限设计中必须考虑的一个重要性能指标。GH高温合金是在我国航空发动机上应用得比较普遍的一种材料它长期在高温的环境下工作容易产生蠕变和疲劳断裂问题所以对其进行疲劳断裂研究就非常有必要。何玉怀、李骋等人就这个问题进行了深入的探讨。在,温度范围内温度对GH高温合金的疲劳裂纹扩展性能的影响较小随温度升高,其疲劳裂纹扩展速率稍有加快。此外优质成分对改善GH高温合金的疲劳裂纹扩展性能没有帮助。并且GH合金锻件的疲劳裂纹扩展性能比棒材的疲劳裂纹扩展性能要好一些。GH合金中的主要相为起主要强化作用的γ"相起辅助强化作用的γˊ相及γ"的平衡相δ相该合金主要通过锻造工艺成型然后再经固溶和时效处理工艺来获得所需的组织。王岩、林琳等人研究了不同固溶处理制度对GH合金组织与性能的影响揭示其中的规律。研究表明不同固溶处理条件下合金的晶粒长大特点各不相同晶粒尺寸随固溶温度的升高和保温时间的延长而增大。在低于δ相溶解温度固溶处理时δ相的存在会抑制晶粒长大而使晶粒长大速度缓慢δ。在高于δ相溶解温度固溶处理时晶粒尺寸随固溶温度的升高快速长大并且合金的硬度随固南昌航空大学学士学位论文溶温度的升高和保温时间的延长而降低。在国外对高温合金的研究也比较深入。例如Kennedy等人讨论了GH合金在惯性摩擦焊接过程与超合金的瞬态温度分布根据惯性摩擦焊接和理论的特点可使试验温度与计算温度相吻合。D(Schuocker等人对高温合金的激光焊接进行了实验研究结果表明:由于激光焊接具有的高速加热、冷却的特点决定的它有利于减小显微偏析能提高对结晶裂纹的扩展阻力减小焊缝对结晶裂纹的敏感性。其母材组织主要由γ、γˊ和TiC等一次碳化物组成。用激光焊接高温合金GH可以获得深宽比较大、组织细密、热影响区非常窄的焊缝并且在焊缝及热影响区中很少有发现裂纹等焊接缺陷。发展趋势由于GH广泛应用于现代航空、航天发动机的燃气涡轮发动机、燃烧室等零部件的制造因此提高合金的工作温度和改善中温或高温下承受各种载荷的能力就成为了一种必然的趋势。例如单晶叶片的使用可以大大提高合金的综合力学性能此外有可能采用激冷态合金粉末制造多层扩散连接的空心叶片从而适应提高燃气温度的需要。就导向叶片和燃烧室材料而言有可能使用氧化物弥散强化的合金以大幅度提高使用温度。为了提高抗腐蚀和耐磨蚀性能合金的防护涂层材料和工艺也将获得进一步发展。激光焊接技术在航天技术方面的研究及应用进展迅速载人航天、月球探测、深空探测、大型运载火箭的升级换代大推力运载火箭和小型运载火箭的研制、高分辨率对地观测卫星、通讯卫星的升级换代导航定位卫星的研制和应用等都对激光焊接技术的基础研究、新材料的激光焊接技术和激光焊接设备的研制、产品化、国产化、智能化等方面提出新的挑战其中包括:高功率低模式激光器的开发及在焊接中的应用纳秒级短脉冲高峰值功率激光焊接过程中激光与材料的作用机制超薄板材激光焊接工艺的优化与接头性能的检测激光焊接时声、光、电信号的反馈控制激光焊接过程中等离子体的产生对焊接质量的影响等等。随着激光器研究的深入和大功率激光器的产品化激光焊接技术向大厚板、高适应性、高效率和低成本方向发展同时随着新材料、新结构的出现激光焊接技术将逐步替代一些传统的焊接工艺在航天领域中占据重要地位。总之综合化、集成化、信息化、智能化、自动化、精细化将是激光焊接技术的发展趋势。试验内容采用微型脉冲激光焊接方法对mm厚的GH合金薄片进行焊接性研究主要南昌航空大学学士学位论文内容为:()研究工艺参数对焊缝表面成形的影响()研究工艺参数对焊接接头显微组织的影响()研究工艺参数对焊接接头抗拉强度和硬度的影响。试验条件及方法试验材料此次试验采用的试验材料是mm厚的GH高温合金薄片这种材料在高温条件下具有良好的力学性能被广泛应用于航空航天领域属于镍基高温合金它的主要化学成分如表所示。为了便于焊接先用线切割机将它们加工成规则的矩形状以便进行焊接。表GH的主要化学成分CCrNiCoMoAlTiFe,,,,,余试验设备激光焊接设备试验设备为意大利Sisma公司生产的SL型Nd:YAG脉冲激光焊接系统及其附属设备如图所示在可控的参数中激光功率百分比P为单位脉冲峰值功率的百分比可调范围为脉冲宽度T量程为msms脉冲频率f的量程是HZ。焊接速度为mms光斑直径为mm。焊接工装夹具由于此次试验的薄板只有mm厚因此在焊接过程中容易产生焊接变形这对于焊接质量非常不利必须使用焊接工装夹具来确保焊接的顺利实施。另外焊接过程会产生高温使熔池很容易与空气发生激烈反应可能会有裂纹、气孔等焊接缺陷出现使实验结果出现偏差。为了避免这些缺陷的出现需对被焊GH合金的高温区进行全面的惰性气体保护以确保焊接熔池及热影响区与空气相隔绝本试验选用高纯度氩气进行保护。由于在激光焊接过程中产生的等离子体会吸收部分激光能量从而使到达工件的有效能量减少阻碍焊接过程的正常进行对焊缝上表面采用南昌航空大学学士学位论文侧吹气的方法可使等离子体驱离出熔池上方或者抑制其产生。如果焊缝背面不加以保护也容易导致焊缝背面污染甚至在焊缝根部出现裂纹从而降低接头性能。由于实验设备限制在焊缝背面采用平的铜板使其与焊缝背面紧密接触尽量在焊接过程中减少焊缝背面和空气的反应提高焊接质量。由于是平板的对接焊接试验因此使用的焊接工装夹具如下图所示。图激光焊接系统及其附属设备图焊接夹具示意图南昌航空大学学士学位论文试验方法焊前准备在线切割完试片后切口处会有线切割留下来的油渍若不进行清理这些油渍可能在焊接过程中会与熔池反应生成气体或杂质在焊缝中产生气孔、裂纹等焊接缺陷。所以在焊前必须用干砂纸来打磨。并且在打磨过程中必须保证焊接对接面是一条直线以便在焊接对接时没有缝隙或使其保持在合理的范围之内。打磨过后必然会有许多杂质和少许残留的油污若不除去的话在焊接过程中可能会产生夹杂和气孔等缺陷进而增加裂纹的倾向。所以在打磨后还要用丙酮进行清洗去除杂质和污渍。试验方法及参数激光焊接的主要焊接参数包括激光功率百分比、脉冲频率、脉冲宽度、脉冲能量、焊接速度、气体流量、离焦量等其中激光功率百分比是指激光峰值功率的百分含量与脉冲宽度一起决定脉冲能量的大小。此次试验的焊接速度为mms气体流量为Lmin离焦量为其他焊接参数不断变化。在预试验的基础上设计试验参数如表所示。研究各工艺参数对接头成形的影响并获得成形良好的工艺参数范围。为了获得成形良好的工艺参数范围必须进行多次试验。由于激光焊接工艺优化的参数较多若采用单因素轮换的全面试验设计法试验量过大而且在试验设计中没有考虑各因素之间的交互效应。因此可以利用正交法来改变焊接参数。此次试验主要是研究激光功率百分比、脉冲频率、脉冲宽度、脉冲能量四个参数对激光焊接质量的影响规律找出优化的焊接工艺参数。首先应该找到能使焊接式样为焊透的焊接参数(如D式样)和将试样焊穿的工艺参数(如E式样)然后再在这两个焊接参数之间选择若干组焊接参数通过金相观察和力学性能试验确定良好的焊接参数。在焊接时特别增加了A和A两个试样进行焊接。其中A是顺着焊接方向吹气而A是逆着焊接方向吹气。这主要是研究吹气方向对激光焊接接头质量的影响通过焊后焊接接头强度、焊缝表面成形以及微观组织的观察来确定哪个吹气方向对焊接更有力指导以后的焊接试验。在焊接过程中焊接线能量是由激光功率百分比和脉冲宽度决定的。因此在调节工艺参数时只需要改变脉冲频率、脉冲宽度以及激光功率百分比三个主要参数其它的焊接参数都是固定值。南昌航空大学学士学位论文表焊接工艺参数试样号功率百分比脉冲频率脉冲宽度脉冲能量fHZTmsEJp,AABCDEFGHI拉伸性能试验此次试验材料较薄比较难机械加工成标准拉伸试样因此本试验拉伸试样尺寸定为mm×mm如图。拉伸性能测试在Instron拉伸试验机上进行。每组焊接参数重复次试验拉伸结果取个试样的平均值。若试样在拉伸机夹紧处断裂时那么必须重新再拉过一次以保证拉伸结果准确。南昌航空大学学士学位论文图拉伸式样示意图焊缝表面形貌及金相显微组织观察试样焊接完后利用XBTV倒置金相显微镜观察焊缝表面成形情况然后再用倍显微镜进行拍照而且要选取有明显特点的地方进行拍照。然后沿接头横向切取试样如图所示。将切取试样进行镶嵌并在抛光机上抛光直到没有划痕为止。试样用王水和氯化铁的混合溶液进行腐蚀使母材和焊缝上的晶粒显现出来再利用XBTV倒置金相显微镜观察横截面宏观形貌分析接头显微组织。图金相截取位置示意图显微硬度测量将拉伸后的试样进行硬度测量利用WTMVD型显微硬度计测量焊缝横截面的显微硬度并且拍摄一些显微硬度的照片以便进行分析。硬度测量点间距沿横向和纵向均为mm加载载荷为g加载时间为s。工艺参数对焊缝成形的影响激光焊接中的焊缝成形过程为在激光束与焊接试样的相互作用下被焊试样不断南昌航空大学学士学位论文被熔化在焊件上形成一个具有一定形状和尺寸的液态熔池。随着激光束的移动熔池前端的焊件不断被熔化进入熔池中熔池后部则不断冷却结晶形成焊缝。采用不同的焊接工艺和参数可以得到形状和尺寸各不相同的熔池从而形成不同的焊缝。激光功率百分比、脉冲宽度、脉冲频率以及脉冲能量等工艺参数决定了激光焊接过程中焊接熔池的基本参数对焊缝成形质量有重大影响其中激光功率百分比对焊缝成形的影响最大。当焊接功率百分比较大时激光功率密度较高焊缝表面大量汽化被焊试样容易焊穿焊缝成形质量较差。当焊接功率百分比较小时被焊试样表面温度低于母材的熔点焊接试样没有焊透焊缝成形质量也严重下降。其他的工艺参数对焊缝成形也有很大影响它们共同决定了最终的焊缝成形情况。因此研究焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律可以控制焊缝的表面成形质量。同时通过优化激光焊接的工艺参数还可以提高焊接接头的综合机械性能这在实际生产活动中有重大的指导意义。由于实验材料是只有mm厚的GH高温合金薄板因此对焊接工艺参数的精度要求非常高。并且在焊接薄板时一般很难保证在焊透的情况下形成一条连续的无烧穿的焊缝。激光焊接的各个焊接参数都对焊缝成形有着重要的影响它们既各自发挥自己的影响又相互制约。因此研究各个焊接参数对焊缝成形的影响规律和各个参数之间的相互影响规律就显得非常重要。本次实验通过不断改变激光焊接参数分析焊接工艺参数对薄片状GH合金脉冲激光焊焊缝成形的影响。保护性气体及吹气方向对焊缝成形的影响图(a)、(b)分别为A试样激光焊接的焊缝正面与背面成形形貌从图中可以看出该试样的焊缝表面成形美观焊缝均匀平滑无明显凹陷正面、背面没有出现明显余高无咬边。焊缝正背面都已焊透没有焊瘤、焊穿及塌陷等缺陷焊缝成形较好。A试样的正面有氩气进行保护而背面没有进行保护通过图片我们可以看出焊缝背面的颜色更黑氧化的更严重。在进行激光焊接时焊接温度非常高若没南昌航空大学学士学位论文有保护性气体进行保护空气中有害气体和杂质会在熔池中与母材反应使焊缝成形质量下降。当熔池冷却后有害物质会残留在焊缝里增大焊缝的裂纹倾向严重影响焊缝的力学性能以及成形质量。若在焊接过程中加惰性气体氩气进行保护那么就可以使焊接熔池与空气隔绝开来从而保证焊缝的成形质量。此外在激光焊接过程中刚开始激光照射在工件表面一部分热量被工件反射剩余部分被工件吸收而使工件产生加热、融化和汽化进而在汽化膨胀压力作用下在工件内部形成一个“匙孔”。当金属蒸汽继续在激光作用下产生电离形成一定浓度的高温等离子体而高温等离子体是一种非常不稳定的状态对激光束有吸收和散射作用严重影响焊接过程的稳定性和激光效率从而严重影响焊缝成形质量。在焊接过程中用惰性气体加以保护既可以避免焊接熔池的氧化又可以将焊接过程中产生的高温等离子体带走提高焊缝成形的质量。但研究表明驱除等离子体的气流量过大或过小均得不到满意的焊缝。过大时熔池搅拌激烈易产生气孔等缺陷并带走大量的热能。而过小时不能起到驱除的作用对工件保护效果较差。因此选择合适的气体流量对焊缝成形也具有重大的影响过大或过小都会降低焊接质量。图(a)、(b)分别为A试样的焊缝正面与背面成形形貌从中我们可以看出A试样的焊缝成形质量要高于A试样。在靠近热影响区母材部分A试样的氧化程度明显要比A的程度高鱼鳞纹也没有A美观。而且A的背面成形情况也要比A更好颜色更鲜亮有金属光泽。而且A试样的背面焊缝宽度均匀焊缝轮廓清晰。由此可以看出在激光焊接过程中逆着焊接方向吹气的焊缝成形质量要比顺着焊接方向吹气的质量更好。南昌航空大学学士学位论文mmmm(a)焊缝正面形貌(b)焊缝背面形貌图A试样的焊缝表面成形形貌飞mmmm(a)焊缝正面形貌(b)焊缝背面形貌图A试样的焊缝表面成形形貌激光功率百分比对焊缝成形的影响如下图所示它们分别是在激光功率百分比为,、,、,下所得到的焊缝表面成形形貌图。从图中我们可以看出当激光功率百分比为,此时焊缝背面明显有一条裂缝这表明这条焊缝并没有被焊透焊缝成形质量很差如图(a)所示。当激光功率百分比增大到,时焊缝上的鱼鳞纹排列紧密、细致焊缝宽度均匀并且焊缝的正背面都被焊透焊缝成形质量非常好如图(b)所示。随着激光功率百分比继续增加例如增加到,时焊缝就会被烧穿在焊缝上我们可以看到间断被烧穿的小孔如图(c)所示。南昌航空大学学士学位论文mmmm(a)功率百分比P=,(b)功率百分比P=,mm(c)功率百分比P=,图不同功率百分比时焊缝表面形貌从以上现象我们可以看出激光功率百分比太大或太小都会严重影响焊缝成形的质量从而严重降低焊缝的综合力学性能。如果太大会使焊缝烧穿但如果太小又会使焊缝难以焊透。所以在激光焊接过程中激光功率百分比的选择是非常重要的。只有经过多次试验才可以最终确定最佳的激光功率百分比。分析认为当激光功率百分比较低时即激光峰值功率低焊缝表面的功率密度较小输入的热量不能使焊缝表面金属加热温度达到沸点随着激光焊接的继续进行输入到焊缝表面的能量不断积累。焊缝表面的能量积累到一定程度时焊缝正面熔化并将热量向背面传导此时热量仅以热传导的方式进行传热。随着输入的能量和激光照射在工件被反射的能量以及与空气交换的热量达到平衡时工件不再熔化于南昌航空大学学士学位论文是出现了工件没有被焊透的现象。当激光功率百分比较高时激光照射在工件表面的功率密度较大表面温度在极短的时间内升高到沸点使金属熔化或汽化当金属蒸汽以一定的速度离开熔池表面时便产生了一个附加压力反作用于熔化的金属使其向下凹陷,在激光光斑下形成一个小凹坑如图(a)所示。随着加热过程的进行激光可直接射入坑底形成一个细长的“小孔”当金属蒸汽的反冲压力与液态金属的表面张力和重力平衡后小孔不再深入。当激光功率密度很大时,所产生的“小孔”将贯穿整个板厚形成深穿透焊(b)所示。当小孔随着光束相对于工件沿焊接方向前进时金属在小孔前缝如图方溶化然后绕过小孔流向后方凝固形成焊缝。此时焊接方式表现为深熔焊接整条焊缝都会被焊透形成一条高质量的成形焊缝。(a)凹坑(b)小孔图深穿透焊接时的加热现象当继续增加激光功率百分比峰值功率密度进一步增大导致表面升温过程加快使焊缝金属汽化的可能性提高当激光功率百分比增加到一定值时焊缝表面金属气化量太多熔池的液态金属不足以填充焊缝表面汽化的金属所以导致焊缝出现烧穿。过程中相邻脉冲激光发射后工件在上一点输入的较高的脉冲并且在脉冲激光焊接能量还未完全扩散时又受到下一点高脉冲能量的加热此时工件上的能量存在一个累积过程当能量累积到一定程度时就会发生烧穿。南昌航空大学学士学位论文脉冲频率对焊缝成形的影响如图所示它们分别是脉冲频率为HZ、HZ、HZ时焊缝表面成形形貌。从图中我们可以看出当脉冲频率为HZ时试样表面成形质量差出现焊缝没有被焊透的现象。并且焊缝的鱼鳞纹参差不齐可见降低脉冲频率能够减少焊缝烧焊接脉冲频率增加时如增加到HZ时这意味着相邻两穿几率如图(a)所示。当个熔池的间距减少彼此之间的熔池重叠率增加使能量积累曾加从而能使焊缝焊透如图(b)所示。当焊接脉冲频率继续增加到HZ时焊接能量进一步积累于是焊缝就被焊穿了如图(c)所示。分析认为在其它参数不变的情况下降低脉冲频率,增大了两个相邻脉冲熔池间的距离即相互重叠的区域变小激光功率密度降低作用于熔池上的脉冲能量相对比较分散使单位长度内的焊缝吸收的热量降低焊缝表面温度还不足以达到金属熔点于是未出现烧穿。因此说降低脉冲频率可以避免焊缝烧穿但如果峰值功率较高会导致焊缝表面气化严重焊缝成形较差。在单位脉冲能量不变时随着脉冲频率的增加单位长度内焊缝吸收的能量增加即焊缝热输入量增大此时焊接方式从低功率密度的热传导焊接转变为高功率密度的深熔焊接从而使焊缝熔化深度增大焊缝被焊透表面成形质量良好。当激光焊接的脉冲频率增加到一定值后焊缝表面温度急剧增加焊缝金属大量汽化熔化的金属不足以填充汽化金属严重的话会使焊缝焊穿。综上所述当脉冲频率较低时焊缝重叠率较低焊缝热输入量少易出现未焊透现象。而当脉冲频率较高时重叠率高热输入量增大激光功率密度增高焊缝表面汽化几率增加焊缝飞溅严重甚至产生焊穿等缺陷。南昌航空大学学士学位论文mmmm(a)脉冲频率f=HZ(b)脉冲频率f=HZmm(c)脉冲频率f=HZ图不同脉冲频率下的焊缝表面形貌脉冲宽度对焊缝成形的影响如图所示它们分别是脉冲宽度T=ms、T=ms、T=ms、T=ms时试样焊缝表面成形的宏观图片。当脉冲宽度T=ms时焊缝正面的鱼鳞纹规则有序焊缝宽度也比较均匀没有明显的焊接飞溅产生但是焊缝的背面没有被焊透焊接成形质量不符合要求如图(a)所示。当脉冲宽度从ms增加到ms时焊缝正背面都被焊透焊缝成形质量良好如图(b)、(c)所示。当继续增加脉冲宽度到ms时焊缝的热量大大增加焊缝表面被烧穿如图(d)所示。mmmm(a)脉冲宽度T=ms(b)脉冲宽度T=ms南昌航空大学学士学位论文mmmm(c)脉冲宽度T=ms(d)脉冲宽度T=ms如图不同脉冲宽度的表面形貌图如前面所述激光焊接的焊接线能量是由激光功率百分比和焊接脉冲宽度所决定的。当激光功率百分比一定时随着脉冲宽度的不断增加焊接的线能量也随之增加。当线能量增加到一定值时激光焊接方式也将发生变化从热导焊变为匙孔深熔焊。当激光脉冲宽度较低时脉冲作用的时间较短焊接线能量较小激光输入的能量部分被工件吸收另外一部分被工件反射掉了此时的焊接方式为热导焊。激光传导给工件的能量不足以使之熔化和汽化也难以使热量向工件内部传递因此焊接试样没有被焊透。当脉冲宽度增加到一定程度时激光焊接方式将发生变化从热导焊接变为深熔焊。此时的焊接可以通过小孔效应来使焊接能量不断向焊缝深处传递焊缝金属不断被熔化从而使焊缝焊透。但当脉冲宽度增加到ms时焊缝表面金属蒸汽对液态金属的压力较高导致焊缝在热量和金属蒸汽压力作用下被焊穿。同时由于焊缝液态金属停留时间长焊缝表面金属汽化量也增加并且可能会使焊缝热影响区变大。线能量对焊缝成形的影响线能量是由激光功率百分比、脉冲宽度一起共同决定的。线能量越高工件表面吸收的能量也就越多焊缝也就越容易被焊透和焊穿。但是在相同的线能量的情况下不同的激光功率百分比和脉冲宽度会产生不同的影响。例如在焊接线能量相同的情况下激光功率百分比较高时功率密度高焊缝表面金属气化严重易出现烧穿和飞溅而相对激光功率百分比较低时焊缝气化程度降低脉冲宽度与脉冲频率的增加热量沿焊缝宽度方向扩散因此不会出现烧穿这表明激光功率百分比对焊缝南昌航空大学学士学位论文成形影响显著。若在相同的线能量的情况下脉冲宽度越大那么功率百分比就更小虽然在单位长度上焊缝吸收的能量相等但是吸收的能量更倾向于向焊缝两边传递时焊缝的宽度增加焊缝的深宽比减少而且不容易产生飞溅。因此焊接线能量也是影响焊缝表面成形的重要焊接参数只有选择好线能量才可能得到良好的焊缝过大或过小都不利于焊接质量。焊缝微观组织的特征GH通过激光焊接加热经历了加热、熔化、结晶、冷却、固态相变等一系列复杂的过程焊缝的微观组织发生了变化使材料的性能也发生了明显的变化。在激光焊接过程中焊缝金属的温度发生急剧改变刚开始时焊缝温度快速上升到金属温度分布的非熔点以上使金属的晶粒尺寸也随之发生改变。在此过程中由于焊接常不均匀从而破坏了焊缝的成分均匀性使焊缝中的化学成分变得不均匀。由于成分决定组织组织决定性能性能又决定用途。因此若焊缝微观组织产生变化必然会造成焊缝成形、接头组织和力学性能上的不均匀性。而焊缝及热影响区的组织、性能显著地影响焊接构件的使用寿命乃至设备的安全因此研究焊接接头的组织、性能具有重要的意义。热影响区的微观组织特征及分析在激光束扫过焊缝时焊缝周围处于固态的基材就会发生明显的固态相变过程这一区域就被称为焊接接头的热影响区。如下图所示此图为A试样的焊缝断面微观组织。从图中我们可以看到焊缝的热影响区非常小甚至是几乎看不到。距离焊缝越近晶粒长大的就越严重。分析认为由于激光焊能量密度大激光与材料的作用时间极短而且冷却速度较快激光的能量传递范围有限因此加热的区域较小。此外在进行薄片激光焊接时激光束的直径也非常小只有mm输入的激光线能量较小因此对接接头只有微小区域受到加热。另外焊缝的冷却速度较快减轻了激光能量对近缝区的加热作用影响从而使接头热影响区很小。而且冷却速度快使热影响区在相变温度以上停留时间较短晶粒长大程度减小但是要比母材晶粒粗大。南昌航空大学学士学位论文um图热影响区的微观组织焊缝区的微观组织特征及分析由于在激光焊接过程中激光束的能量在焊缝表面分布很不均匀导致焊缝中晶粒的尺寸和形态发生变化形成了不同的微观组织。而且由于焊缝各个部位加热和冷却的不均匀性使焊缝中的晶粒大小也各不相等。因此我们可以将焊缝区分为边缘区、中心区、和熔合区。如图(a)、(b)、(c)所示它们分别是焊缝中心区、边缘区、熔合区的微观组织照片umum(a)焊缝中心区(b)焊缝边缘区um(c)熔合区图焊缝不同区域的微观组织通过对上述图形的观察我们发现焊缝中心区为细小的等轴晶焊缝边缘为柱状晶组织而焊接熔合区的晶粒比较复杂似乎既有等轴晶又有柱状晶组织。通过对焊缝区进一步观察发现焊缝区组织沿着热扩散方向生长具有定向快速凝固特征。由凝固理论可知温度梯度G与凝固速率R的比值GR(结晶参数)决定南昌航空大学学士学位论文着凝固组织的形貌。在激光焊接过程中由于熔池与冷金属接触冷却速度很快凝固开始时在液相的一侧存在着极大的正温度梯度不会出现成分过冷现象因此固液界面向前推进速度很慢使得GR很大。凝固首先以无晶核的方式直接在熔池边缘区域通过晶体外延附生的方式生长出一层细长的柱状晶并且夹有细小等轴晶如图(c)所示。随着结晶过程的进行GR逐渐减小成分过冷区的存在破坏了熔池的稳定性这时宏观界面偶然扰动产生的任何凸起都将面临较大的过冷而以更快速度进一步长大而新晶核的形成比较困难因此细长的柱状晶长成了粗大的柱状晶如图(b)所示。当熔池中晶粒长大时,熔池前方排出的溶质就被推到固液界面GR进一步减小成分过冷区变宽,柱状晶就以树枝状方式生长晶粒就转变成明显的枝状晶。随着枝状晶向前生长越靠近焊缝中心区温度梯度越小成分过冷越来越大成分过冷区增大这又促进了焊缝中心区金属的细化使该区表现为细小的等轴晶如图(c)所示。从上图中我们还可以看出焊缝组织中有明显的分层线。这是由于激光焊接时焊缝的加热与冷却速度很快在焊缝中形成了横向枝晶很短主轴很长的树枝状晶从而在晶粒内形成晶内偏析形成层状组织这主要是脉冲激光焊接加热的周期性以及焊接过程中焊缝成分的不均匀性所造成的。,激光工艺参数对焊接接头力学性能的影响规律GH作为一种应用广泛的镍基高温合金焊接接头强度的力学性能的好坏决定了它的使用性能不同的工艺参数对接头强度的影响规律各不相同因此研究激光焊接工艺参数对接头强度的影响具有十分重要的意义。激光焊接工艺参数对焊接接头抗拉强度的影响如图所示下图是A试样的拉伸曲线图它也是典型的拉伸曲线示意图。随着不断拉长所需的拉力也就越大。当伸长到一定程度时试样就会被拉断这期间要经历弹性区间、塑性区间、屈服区间、断裂区间等几个阶段。由于不同试样的焊接参数各不相同因此它们的抗拉强度强度也会有差异。通过抗测量不同试样的最大抗拉强度和延伸率分析比较所得的数据找出其中的规律从拉而发现工艺参数对接头强度的影响规律表为各个试样进行拉伸实验所得到的数拉据(M表示母材)。力通过观察拉伸试样断裂位置我们发现A、A、G、B试样在近焊缝区处断裂(N),,,,,,,,,试样拉伸长度(mm)图A试样拉伸曲线图南昌航空大学学士学位论文这说明这些试样的焊接接头强度高于母材的强度。同时H和I试样在焊缝处断裂如图所示这说明焊接接头的强度要低于母材的强度。表各个焊接试样的抗拉强度和延伸率试样编号抗拉强度MPa延伸率,AABGHIMmmmm(a)H试样(b)I试样图H和I拉伸试样的断裂位置示意图从表中我们可以看出激光焊接后各个试样的抗拉强度都发生了变化有些试样抗拉强度增强有些却减弱但是焊后焊接接头的延伸率都低于母材。这表明GH合金经过激光焊接后焊接接头的强度有增高也有减小但是接头的韧性和塑性下降。分析认为焊接接头的焊接过程实质上是特殊的热处理过程焊后接头的组织形态和晶粒尺寸大小都发生了变化。随着焊接过程中晶粒的重新形核焊缝的中心出现了细小的等轴晶而且近焊缝区出现的柱状晶晶粒尺寸也都要比母材的晶粒尺寸要小起到了细晶强化的作用。此外焊缝的组织形态与母材相比也发生了变化。在南昌航空大学学士学位论文高温焊接情况下会形成金属碳化物的析出阻碍位错的移动起到一种固熔强化的作用使焊缝的抗拉强度得到提高并且高于母材。但同时焊缝及热影区的组织都比较硬脆且韧性和塑性都较差因此导致焊接接头的塑性下降延伸率下降。当激光功率百分比和脉冲宽度增加到一定程度时焊缝表面金属会产生汽化焊缝深度和宽度都会都会增加但是焊缝深宽比降低。同时由于线能量较大热影响区范围也随之增加而且晶粒变粗这些都使焊接接头的力学性能降低。焊接线能量越大焊缝晶粒尺寸增大晶粒内产生偏析现象更加严重焊缝力学性能也随之下降使焊缝的抗拉强度要比母材低。此外我们可以看出A的抗拉强度和延伸率都要高于A试样这表明顺着焊接方向吹气要比逆着焊接方向吹气更能提高焊接接头的抗拉强度与塑性。这是由于顺着吹更有利于焊接能量的扩散熔池中的温度梯度较小更有利于细小的等轴晶晶粒的形成从而使焊接接头的力学性能得到提高。功率百分比对抗拉强度也有重要影响:如果功率百分比值太大输入的线能量较高焊缝及热影响区的晶粒尺寸变大导致焊接接头的抗拉强度降低如果功率百分比值太低输入的线能量较较小有可能有未熔合等缺陷。因此只有采用合适的功率百分比才能使焊缝的力学性能达到最佳状态。从表中还可以看出当激光功率百分比为,时脉冲频率F=HZ的I试样的抗拉强度最高脉冲频率过大或过小都不利于提高焊接接头的强度。脉冲频率反映的是相邻熔池间的间隔或重叠率脉冲频率太高时相邻熔池间重叠率增加上一个熔池对下一个熔池的加热作用明显使焊缝在高温停留时间增长焊缝晶粒变得更加粗大从而降低了焊缝组织的力学性能如H试样脉冲频率过低时各熔池间间隔加大重叠率降低甚至没有重叠导致焊缝的抗拉截面面积减少抗拉强度降低。焊接接头显微硬度分析图所示为P=、T=ms、f=HZ时接头熔宽方向显微硬度分布曲线。从图中可看出从母材焊缝母材显微硬度值先由低变高再由高变成低。其中焊缝边缘热影区硬度值最低约为HV焊缝中心出现细小的等轴晶硬度最高达到了HV如图(a)。而且焊缝的显微硬度要高于母材和热影响区的硬度但是焊缝中的不同区域的显微硬度又各不相同。这说明焊缝内的组织成分并不均匀各部分的组织状态和晶粒尺寸各不相同。由显微组织图(b)可以看到在焊缝边缘有一柱状晶区这是由于激光能量很高焊接时间很短焊接过程中的热量来不及南昌航空大学学士学位论文扩散从而造成局部温度过高晶粒长大硬度较低。图焊接接头显微硬度分布um(a)焊缝中心区显微组织图um(b)焊缝边缘区显微组织图图I试样不同区域显微组织图南昌航空大学学士学位论文激光焊接各个参数对焊缝的显微硬度影响有着自己独特的规律但它们又相互影响、相互制约共同决定了焊缝的显微硬度规律。如下图所示试样A、B、G都是在功率百分比P=,时进行激光焊接的它们焊缝中心的最大显微硬度分别是HV、HV、HV。图不同试样的显微硬度对比从图中可以看出硬度开始随着脉冲宽度的增加而减少这可能是由于脉冲宽度的提高使焊接过程中焊缝金属在高温停留时间增大周围金属对激光的吸收率增加焊缝中心温度梯度下降导致焊缝中心冷却速度下降晶粒较大。但随着脉冲宽度的继续增加焊缝被激光穿透导致在焊缝表面出现等离子云降低焊缝金属对激光的吸收率最终使得焊缝冷却速度增加焊缝晶粒因此而得到细化。通过对比其它焊接参数的影响我们可以发现激光功率百分比、脉冲频率和焊缝线能量等在初始阶段增加都会使焊缝显微硬度降低但随后又将随着它们的增大而减小。此外在一定范围内随着激光功率百分比、脉冲频率和脉冲宽度的增加焊缝线能量增大热输入增加使得焊缝中心晶粒得到细化显微硬度增加焊缝的综合力学性能增强。南昌航空大学学士学位论文结论GH高温合金是一种在航空航天中应用广泛的材料传统的焊接方法难以满足现实的需要。针对这种情况此次试验对GH薄板进行了激光焊接研究主要研究焊接工艺参数对焊缝表面成形、焊缝微观组织、焊缝力学性能的影响规律为以后GH激光焊接提供研究。实验结果表明:()保护性气体逆着焊接方向吹气比顺着焊接方向吹气更有利于提高焊缝表面成形质量其它工艺参数也对焊缝成形也具有很大影响特别是激光功率百分比影响最大。当激光功率百分比达到,时焊缝金属表面汽化严重焊缝被焊穿当激,或更小时焊缝表面温度没有达到金属的沸点焊缝背面明显光功率百分比为没有被焊透。减小脉冲频率有利于避免焊缝的烧穿脉冲宽度和脉冲能量对焊缝质量也有很大影响。当脉冲能量超过J时焊接试样明显被烧穿。激光焊接参数对焊缝成形质量既有各自独特的影响规律又相互影响。只有找到合适与匹配的焊接参数才能得到良好的焊缝表面成形。实验表明当焊接功率百分比为,且脉冲宽度为ms时焊接接头的综合力学性能最好。()激光焊接接头微观组织的晶粒形态和尺寸大小在不同的焊接区域各不相同而且焊接热影响区很小。焊缝的中心组织主要为细小的等轴晶焊缝边缘区主要为柱状晶熔合区的晶粒为细小的等轴晶和柱状晶的混合组织。随着激光功率百分比、脉冲宽度和脉冲能量的增大单位长度焊缝的热输入能量越大焊件获得的能量就相对较多焊缝区冷却速度下降过冷度减小晶粒尺寸变大焊缝的综合性能下降。()焊缝区的晶粒尺寸普遍要小于母材晶粒的尺寸但是由于热影响区晶粒变粗以及融合区微观组织的不均匀性使部分GH的激光焊接接头拉伸强度要高于母材的拉伸强度但也有部分低于母材强度。这在宏观上表现为拉伸试样部分断在母材而其它试样却断在焊缝。当焊接功率百分比为,、脉冲宽度为ms时焊接接头的抗拉强度最高。但是焊接接头的延伸率却比母材要小这是由于热影区的晶粒粗大焊缝中析出比较硬脆的组织形成组织脆化导致焊接接头的塑性降低延伸率下降。此外焊缝中心区的显微硬度值最高热影响区和熔合区的显微硬度相对较低但是都要比母材要高这与焊缝的微观组织形态和晶粒尺寸相关。当焊接功率百分比为,、脉冲宽度为ms时焊接接头的显微硬度最大。南昌航空大学学士学位论文参考文献黄乾尧李汉康(高温合金M(北京:冶金工业出社(钱昌黔(耐热钢焊接M(北京:水利电力出版社(张延生钟祖桂(高温合金氩弧焊时冶金及工艺因素对形成热裂纹的影响J(焊接学报():(张延生柯明史常瑾(GH镍基合金焊接热裂纹的动态过程研究J(焊接学报():(韩文波张凯锋王国峰(Inconel合金扩散连接接头的组织与性能研究J(材料科学与工艺():(任家烈吴爱萍(先进材料的连接M(北京:机械工业出版社(朱企业(激光精密加工M(北京:机械工业出版社(曹明翠(激光热加工M(湖北武汉:华中理工大学出(张永康(激光加工技术M(北京:化学工业出版社(吴世凯肖荣诗陈铠(大厚度不锈钢板的激光焊接J(中国激光():(熊丽娟都东何云峰(小尺寸不锈钢片激光焊接技术的研究J(焊接技术():(梁春雷李晓延巩水利等(TC钛合金薄板激光焊接头疲劳性能研究J(材料工程():(胡席远熊建钢胡伦骥(薄板激光焊接质量影响因素研究J(应用激光():(陈俐胡席远胡伦骥(高强度钢的激光焊接性研究J(热加工技术():(耿平杨玉玲张多(型奥氏体不锈钢低功率Nd:YAG激光焊接研究J(激光与红外():(阎小军杨大智刘黎明(L不锈钢脉冲激光焊工艺参数及接头组织特征J(焊接学报():(江嗣湖周芳刘其斌(#钢激光焊接研究J(现代机械():(F(MalekGhainiMJ(HamediMJTorkamanyetal(WeldmetalmicrostructuralcharacteristicsinpulsedNd:YAGlaserweldingJ(ScriptaMaterialia():(杨军周昀楼松年等(GH合金惯性摩擦焊接头的高温持久性能J(上海交通大学学报():(叶湖莲王高潮董洪波等(GH高温合金的超塑性变形研究J(热加工工艺():(张冶军(美国镍基高温合金M(北京:科学出版社(王中光(材料的疲劳M(北京:国防工业出版社(何玉怀李骋刘绍伦等(GH合金疲劳裂纹扩展性能的试验研究J(燃气涡轮实验与研究():(DongJX,XieXS,ZhangSHCoarseningbehaviorofγ"precipitatesinmodified南昌航空大学学士学位论文superalloyScriptMaterial,,():(Sundararaman(MMukhopadbyayP,Banerjec(S(PrecipitationandroomtemperaturedeformationbehaviorofInconeSuperalloys(VariousDerivatives"etsEALoriaTMS:(BurkeMG,MillerMKPrecipitationinalloy:AcombinedAEMandAPFLMinvestigationetsEALoriaTMS:(K(K(WangandW(Lin,WeldJ(()()(Suppl)s(KennedyRLCaoWeiDiThomasWMHightemperaturestressrupturestrengthofalloyJ(AdvancedMateria,Process():(DSchuockerHandbookEuroLaserAcademyZLondon:CHAPMAN,HALL,(许昌淦周鹿宾(合金钢与高温合金,M,(北京:北京航空航天大学出版社(高温合金金相图谱编著组高温合金金相图谱,M,(北京:冶金工业出版社(邹春红(异种钢激光焊接技术研究D(长春理工学院(熊建钢胡席远陈祖涛等(激光焊接铸造镍基高温合金工艺研究J(华中理工大学材料系武汉(关振中(激光加工工艺手册M(北京:中国计量出版社(赵异萍(激光焊接工艺参数对锆合金焊缝成形的影响J(太原重型机械学院学报():(南昌航空大学学士学位论文致谢本次论文的撰写及毕设课题的完成是在导师陈玉华博士的悉心指导下完成的。在整个毕业设计的过程中陈老师对我热情、无私的指导使我能够顺利的完成毕业设计的任务。陈老师渊博的知识、严谨的治学态度和诲人不倦的作风给我以深刻的印象同时也为我今后的工作和学习树立了榜样使我受益终身。在此表示深深的感谢~同时也感谢带我做实验的龚伟怀师兄在整个毕业设计中给了我很大的帮助。还要感谢搅拌摩擦焊课题组的老师们在我有问题时及时给予解答。同时也要感谢跟我一起做毕业设计的黄小虎、刘冬保、鲁煌等同学在我做实验时给予的配合和帮助。最后再次感谢所有关心、支持和帮助我的领导、老师和同学们谢谢
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