電子束填絲焊接熔化過渡行為及銅-鋼焊接研究.pdf

1、本文針對(duì)電子束填絲焊接過程，開展了焊絲熔化過渡行為研究，揭示了電子束填絲焊接焊絲過渡與焊縫成形機(jī)制。研究了銅/鋼異種金屬電子束填絲焊接的焊縫成形、接頭組織與性能，驗(yàn)證了電子束填絲焊接異種金屬的工藝適用性。
　　本文搭建了電子束填絲平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了電子束焊機(jī)與送絲機(jī)構(gòu)的耦合與聯(lián)調(diào)，為了更好地揭示電子束填絲焊過程中的焊絲熔化過渡行為，建立了CCD視覺傳感系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)焊接過程的采集。
　　電子束填絲焊相比于電子束自熔焊由于焊絲的引入

2、而變得更加復(fù)雜，首先對(duì)新引入的工藝變量如填絲方位、送絲角度與送絲速度對(duì)焊接過程的影響進(jìn)行了研究。研究表明采用前置填絲方位可以保證焊接過程的穩(wěn)定與填絲精度。隨送絲角度的增加，熔深逐漸增大。送絲角度為60°是本試驗(yàn)平臺(tái)最為理想的送絲角度。而送絲速度的選取則需要與焊接速度與束流進(jìn)行匹配。研究結(jié)果也表明絲束空間位向關(guān)系會(huì)影響焊縫成形。進(jìn)而對(duì)不同絲束空間位向關(guān)系對(duì)焊縫成形的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明不同絲束空間位向關(guān)系下熔深由深至淺的順序?yàn)樽匀酆浮?/p>

3、絲束分離、絲束部分相交、絲遮擋束和非接觸過渡絲束關(guān)系；而非接觸過渡絲束關(guān)系的熔寬最窄；余高從高到低的順序?yàn)榉墙佑|過渡絲束關(guān)系、絲遮擋束、絲束分離、絲束部分相交和自熔焊。
　　為了進(jìn)一步揭示不同絲束位向關(guān)系對(duì)焊縫成形影響機(jī)制，利用CCD視覺傳感系統(tǒng)對(duì)相同工藝參數(shù)條件下不同絲束空間位向關(guān)系的焊絲熔化過渡行為進(jìn)行了研究。結(jié)果表明絲束空間位向關(guān)系、過渡高度與送絲速度共同影響著電子束填絲焊過程中焊絲熔化過渡行為。共有6種過渡方式，包括非接觸

4、過渡、插入過渡、液橋過渡、小滴過渡、大滴過渡與混合過渡。金屬蒸氣會(huì)惡化焊絲熔化過渡行為及焊縫成形。因此，降低過渡高度以減小金屬蒸氣的影響，保證送絲速度與熔化速度匹配是獲得穩(wěn)定過渡的前提。其中，液橋過渡因其具有較寬的工藝窗口及過渡穩(wěn)定性成為最理想的過渡方式。采用鋼焊絲時(shí)的液橋過渡條件為束流25mA，送絲速度在[1.87m/min，2.60m/min]區(qū)間內(nèi)，絲束部分相交。銅焊絲液橋過渡的必要條件為：絲束部分相交條件下，束流30mA，送絲速

5、度在[0.6m/min，1.80m/min]區(qū)間內(nèi)。同時(shí)，電子束填絲焊可以較好的實(shí)現(xiàn)焊縫成分均勻化。
　　等厚銅/鋼異種金屬自熔焊時(shí)常會(huì)出現(xiàn)焊縫表面塌陷等缺陷，為了消除銅/鋼自熔焊接頭缺陷及驗(yàn)證電子束填絲工藝的可行性，利用液橋過渡對(duì)銅/鋼異種金屬進(jìn)行了電子束填銅焊絲焊接。研究表明電子束填絲焊可以對(duì)焊縫中燒損的合金元素進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)充，可以獲得成形較好的焊縫。在本試驗(yàn)范圍內(nèi)，304不銹鋼與QCr0.8鉻青銅電子束填絲焊焊縫成形最優(yōu)工藝與

6、接頭抗拉強(qiáng)度正交優(yōu)化工藝一致均為：束流30mA，焊接速度100mm/min，送絲速度1m/min，束偏移量-0.3mm。焊縫主要由樹枝狀α相與少量的球形ε相組成。優(yōu)化后接頭抗拉強(qiáng)度為276MPa，已達(dá)銅母材的76％。焊縫中富鐵相的硬度較高，富銅相的硬度較低，焊縫上部硬度分布波動(dòng)要強(qiáng)于焊縫下部。銅側(cè)熱影響區(qū)銅晶粒的粗大是接頭斷裂的主要因素。繼而對(duì)電子束填絲焊間隙適應(yīng)性進(jìn)行研究，結(jié)果表明電子束填絲焊具有較強(qiáng)的間隙適應(yīng)性，對(duì)于2.7mm厚的薄