目前,厚板鋁合金多采用MIG焊接。厚板MIG焊接通常需要多層多道焊,焊接效率低,焊件變形大。相較而言,激光-MIG復(fù)合焊接是一種非常適合于厚板焊接的方法。因?yàn)楦吣芰棵芏鹊募す馐梢詫?shí)現(xiàn)較大的熔深,提高焊接效率;而穩(wěn)定的MIG焊接可以實(shí)現(xiàn)良好的焊縫成形。為奠定激光-MIG復(fù)合焊接基礎(chǔ),本課題首先開(kāi)展30 mm厚板鋁合金的MIG焊接和Tandem MIG焊接。通過(guò)對(duì)焊接工藝的探索,MIG焊和Tandem MIG焊焊接30 mm厚板鋁合金分別需要6道和5道交替施焊,得到的焊縫成形良好,表面光滑整潔。在此基礎(chǔ)上,開(kāi)展30 mm厚板鋁合金的激光-MIG復(fù)合焊接。首先通過(guò)工藝參數(shù)的探索獲得單道焊接最大熔深。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用激光引導(dǎo)方式,激光電弧間距2mm和零離焦量時(shí),在兼顧焊縫成形的基礎(chǔ)上能得到較大熔深�；陧憫�(yīng)曲面法得到的回歸模型為選擇最大焊接熔深的工藝提供了指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)表明,在激光功率10 kW、焊接電流136 A、焊接速度0.6 m/min時(shí),得到單道焊接最大熔深18 mm。意味著30 mm厚板可通過(guò)兩道焊接完成。在此基礎(chǔ)上開(kāi)展30厚板的雙面單道激光-MIG復(fù)合焊接。通過(guò)對(duì)焊接缺陷產(chǎn)生機(jī)理和分布位置的分析以及MIG焊接特點(diǎn)的把握,采用MIG焊接蓋面的方法消除焊接氣孔,同時(shí)彌補(bǔ)焊縫咬邊和未填充等缺陷,最終得到成型良好的焊接接頭。微觀組織分析表明,激光-MIG復(fù)合焊焊縫中存在柱狀晶、等軸晶、羽毛狀晶組織;MIG焊道熔合線處為粗大的柱狀晶,中心區(qū)域出現(xiàn)少量羽毛狀晶,其他區(qū)域均為等軸晶;激光區(qū)域?yàn)槌叽缂?xì)小而均勻的等軸晶。焊縫不同區(qū)域的晶粒尺寸差別較大,電弧區(qū)域晶粒尺寸為69.8μm,激光區(qū)域晶粒尺寸為26.3 μm。這是由于激光束能量密度集中,作用范圍小而深,在焊縫尖端有大量處于室溫的母材,因此高熱導(dǎo)率的鋁合金將熱量迅速導(dǎo)出,焊縫尖端冷卻速率大,晶粒來(lái)不及長(zhǎng)大。在焊縫縱向上,從焊縫邊緣到焊縫中心,顯微硬度、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率都逐漸升高。這是由于從表面區(qū)域到焊縫中部區(qū)域,晶粒尺寸顯著減小,從70 μm減小到26 μm。晶粒尺寸的減小導(dǎo)致晶界密度增大,對(duì)位錯(cuò)滑移的阻礙增強(qiáng),材料塑性變形抗力增加,接頭的強(qiáng)度和塑性都得到改善。對(duì)MIG焊、Tandem MIG焊和激光-MIG復(fù)合焊的對(duì)比分析表明,激光-MIG復(fù)合焊不需要加工坡口,試板不需進(jìn)行背面清根,因此焊接效率高,約為MIG焊和Tandem MIG焊焊接效率的三倍。此外,激光-MIG復(fù)合焊熱輸入低,焊縫面積遠(yuǎn)小于前兩者。5083鋁合金焊接接頭會(huì)發(fā)生軟化現(xiàn)象,焊縫面積越小,意味著接頭強(qiáng)度可能越高。激光-MIG復(fù)合焊的組織細(xì)小,接頭強(qiáng)度最高,達(dá)到311 MPa。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TG457.14
【部分圖文】：

輸液化天然氣的專(zhuān)用船舶，因此貨物圍護(hù)系統(tǒng)是其關(guān)鍵的核心技術(shù)。ＬＮＧ運(yùn)輸船的貨艙??建造材料除了需要具備高強(qiáng)度和高韌性外，由于要運(yùn)送低溫ＬＮＧ，還必須具有可靠的耐??低溫深冷性能和低溫絕熱性能，以及良好的加工工藝性能。圖１．１給出了?５０８３－０鋁合??金的抗投強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率隨溫度的變化關(guān)系：在室溫下，隨溫度降低，５０８３－０??鋁合金的強(qiáng)度和韌性都相應(yīng)改善。這些特點(diǎn)使５０８３鋁合金成為制造低溫儲(chǔ)罐廣泛使甩??的一種材料。??—■—Ｔｅｎｓｉｌｅ?ｓｔｒｅｎｇｔｈ?▲?Ｙｉｅｌｄ?ｓｔｒｅｎｇｔｈ?—ｏ—?Ｓｔｒｅｔｃｈ??４５０???７０??？?４００?－?ｖ?ｍ??Ｉ?＼?ｙ?＿?６〇??＾?３５０?－?Ｘ??ｆ３。。－?，??ｗ?２５０?－?－?４０?〇??：ｇ?ｏ??Ｐ?＼?０??｜２〇°－?／?＼?－３０＾??Ｓ?１５０?－?＾＾￣、??ｃ?－?２０??＾Ｑ）?１００?－??５〇??ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ??１?〇??－２００?－１００?０?１００?２００??Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?（Ｃ）??圖１．１?５〇８３－０鋁合金力學(xué)性能與溫度的關(guān)系（來(lái)源于［１］）??液化天然氣具有污染小、熱值髙、純度高、安全性高、儲(chǔ)存效率高和運(yùn)輸靈活等特??１??

舶?就焊接技術(shù)來(lái)說(shuō)，整個(gè)船體和儲(chǔ)罐大部分通過(guò)焊接技術(shù)進(jìn)行拼接，焊縫長(zhǎng)度達(dá)幾百??公里。－１６３°Ｃ低溫和高壓等一系列極端的服役條件對(duì)焊接技術(shù)提出了嚴(yán)苛的要求。而旦，??大型ＬＮＧ運(yùn)輸船的建造常常用到厚度極大的板材＾圖１．２示出了?Ｍｏｓｓ型ＬＮＧ船及其??儲(chǔ)罐所用板材的尺寸，可以看到，對(duì)于儲(chǔ)罐和船體的不同部位，板材厚度從幾十毫米到??幾百毫米變化。困此ＬＮＧ運(yùn)輸船制造不可避免地要涉及厚板和超厚板的焊接。??（ａ）??４?＇－為．??‘?ｉｗ?？?－?－＞；?＾ｒ?￡ｒｆ，?ａｌＢＭＢ??Ｍ??：．金．??（ｂ）?（〇）???ａＰａｒｔ?Ａｌｌｏｙ?Ｔｙｐｉｃａｌ?ｓｉｚｅ?（ｍｍ）??Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ?ｓ?ｈ?：，??ｓｈｅｌｌ?ｓｈｅｌｌ?５０８３－０?６０ｘ４０３０ｘ１６３５０??Ｅｑｕａｔｏｒ???Ｓｋｊ｜１?Ｅｑｕａｔｏ「?５０８３－０?１９０ｘ１５３０ｘ１６３５０??Ｓｈｉｐ?Ｓｋｉｒｔ?漂?３．Ｈ?７０ｘ２１００ｘ１６３５０??圖１．２?（ａ）?Ｍｏｓｓ型ＬＮＧ船；（ｂ）?ＬＮＧ儲(chǔ)罐橫截面；（ｃ）?ＬＮＧ儲(chǔ)罐材料尺寸（來(lái)源于［１］）??２??

且焊縫兩側(cè)均間時(shí)填充，同時(shí)凝固，因此不需要陶瓷襯墊等的根部保護(hù)，也不??需要進(jìn)行焊后清根操作，工序復(fù)雜程度大大減小，不僅節(jié)約了焊材，也大幅提高了焊接??效率。試板最終經(jīng)１４道焊接完成，焊縫橫截面如圖１．３（ｃ）所示。力學(xué)性能測(cè)試得到焊接??接頭的抗拉強(qiáng)度為２３０ＭＰａ（為母材的７４．２％），屈服強(qiáng)度為２１４ＭＰａ（為母材的８２．３％）。??⑻?（ｂ）?（ｃ）?（ｄ）??■ＩＳ?Ｉ??ＭＩＧ?ＭＩＧ?ＭＩＧ?Ｔａｎｄｅｍ?ＭＩＧ??５８?ｍｍ，?１４?ｐａｓｓ?７０?ｍｍ，?１２?ｐａｓｓ?３０?ｍｍ，?１４?ｐａｓｓ?７０?ｍｍ，?８?ｐａｓｓ??圖１．３厚板招合金ＭＩＧ焊接接頭橫截面（來(lái)源于［８，?９］）??為了進(jìn)一步提高焊接效率，可以采用Ｔａｎｄｅｍ?ＭＩＧ焊接方法。Ｔａｎｄｅｍ?ＭＩＧ焊接是??將兩根焊絲按一定的角度放在一個(gè)特別設(shè)計(jì)的焊槍里，共用一個(gè)氣體保護(hù)噴嘴，但使用??獨(dú)立且絕緣的導(dǎo)電嘴。兩根焊絲分別由各自的電源供電，所有參數(shù)都可以彼此獨(dú)立地進(jìn)??行調(diào)節(jié)
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