海工高强钢激光电弧复合焊接工艺、性能及机理研究.doc

海工高强钢激光电弧复合焊接工艺、性能及机理研究高强钢作为海洋工程装备的关键结构材料,广泛应用于钻井平台、海底管道、风电安装船等。通常高强钢之间的连接采用电弧焊接,虽然传统的电弧焊接具有生产成本低、焊接工艺成熟等特点,但其也存在焊前准备时间长、焊接热输入量大、焊接变形大等缺点,这些缺点使电弧焊接难以满足当今对高强钢提出的焊接要求。激光-电弧复合焊接技术是一种高效、新型的焊接方法,它能够充分发挥两种焊接热源的优点,可以有效解决电弧焊接带来的问题,在中、厚板的焊接上具有更明显的优势,因此复合焊接技术在海工高强钢的焊接领域具有十分乐观的应用前景。本文采用激光-电弧复合焊接技术对15mm厚海工高强钢(NVE690)板对接接头进行焊接,通过改变焊接层数、激光功率、电弧功率、焊接速度等参数研究其对焊缝成型和焊缝质量的影响,确定了合适的双道焊复合焊接工艺参数。如:第一道:激光功率4kW,电弧电流250A,电弧电压28.5V,焊接速度0.6m/min;第二道:激光功率1.5kW,电弧电流300A,电弧电压31V,焊接速度0.6m/min。采用双道复合焊能够获得较为理想的焊接接头,没有咬边、表面裂纹、未焊透等宏观焊接缺陷。分析了焊接接头不同区域的显微组织特点及组织演变规律。对焊接接头进行了力学性能试验,硬度测试的结果表明,焊缝区的平均硬度为368.46HV,低于热影响区的平均硬度(456.69HV),但高于母材的硬度(280HV)。标准拉伸试验断裂发生在母材,表明焊接接头强度高于母材,标准试样的拉伸强度为825.60MPa,非标拉伸试样的焊接接头拉伸强度超过1100MPa。在低温冲击韧性试验中,试样焊缝的冲击功平均值为34.67J,超过工业应用标准值27J,断口的断裂方式为准解理断裂。焊接接头的弯曲试验表明焊缝的弯曲强度(1769.41MPa)高于于母材的弯曲强度(1668.94MPa),焊接试样在母材与热影响区交界处发生断裂,而母材试样表面未发现裂纹。利用超声冲击技术对复合焊接接头进行了焊后处理,改善焊接接头的力学性能。焊接接头的组织形貌发生明显改变,形成了具有非常细密组织的塑形变形层。处理表面的显微硬度也得到了明显提升,焊缝表层最高硬度达到432.50HV。超声冲击处理为焊接接头表面引入了有益的残余压应力,纵向残余压应力平均值为-426MPa,焊接接头表层残余压应力能够增强焊接接头抗应力腐蚀的能力。本文通过对690MPa级海工高强钢激光电弧复合焊接工艺、组织、力学性能等进行研究,对海工钢的复合焊接性进行了评价,研究结果为复合焊接在海工装备制造领域的应用提供了实验依据和理论基础。