不锈钢薄板冷金属过渡焊焊接(CMT)工艺研究

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不锈钢轨道客车车体搭接焊缝,采用电阻点焊工艺焊接,为了达到整个车体的密封性,还要对焊点间缝隙进行密封处理。传统工艺采用熔化极活性气体保护焊(MetalActive-gas Arc Welding,简称MAG焊)焊接这一纵缝,但焊缝存在过热严重、焊接缺陷多需经常补焊的问题。本文针对搭接焊缝焊接工艺上存在的问题,提出利用冷金属过渡焊接技术(Cold Metal Transfer,简称CMT)代替传统的MAG焊。CMT焊接技术是一种改进型熔化极气体保护焊,与传统的熔化极气体保护焊相比具有热输入低、无飞溅、强搭桥能力的特点。本文以直径Φ=1mmER308L不锈钢焊丝为填充材料,以厚度1.5mm的A304奥氏体不锈钢薄板作为母材,主要研究CMT焊不锈钢薄板焊接参数优化,通过光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和万能拉伸试验机对不锈钢薄板CMT焊接接头微观组织和性能进行了分析,并研究了焊接送丝速度、弧长修正系数、焊接速度对不锈钢薄板CMT焊接头成型和组织影响。不锈钢薄板CMT焊缝连续平整,没有明显焊接缺陷,整个接头的焊接变形较小。不锈钢CMT焊缝接头组织致密,焊缝区主要由黑色树枝晶的铁素体组织,和白色的奥氏体组织组成。热影响区较窄,组织为粗大的奥氏体组织,有晶粒粗化现象。试验表明,CMT焊不锈钢薄板搭接焊缝取得了较好的成型效果。接头性能方面,不锈钢CMT焊接接头的显微硬度分布不均匀,焊缝硬度低于母材硬度,而HAZ(Heat-affected Zone)硬度最低。拉伸试验结果说明,不锈钢CMT焊接接头的抗拉强度略低于母材的抗拉强度,接头的断裂模式主要为结合面断裂。不锈钢耐腐蚀实验的结果表明,不锈钢CMT焊接接头的腐蚀率大于母材。随着焊接送丝速度的增加,焊缝在宏观形貌上焊道变得愈发宽大,焊缝周围色差范围愈大。焊缝的熔深、熔宽逐渐增大,深宽比有增加的趋势。热影响区范围增大。随着弧长修正系数的增加,焊缝在宏观形貌上焊道变得略微宽大,焊缝周围色差范围愈大。焊缝的熔深、熔宽逐渐增大,深宽比有增加的趋势。热影响区范围增大。随着焊接速度的增加,焊缝在宏观形貌上焊道变的愈发细小,焊缝周围色差范围愈小。焊缝的熔深、熔宽逐渐减小,深宽比有减小的趋势。热影响区范围增小。不锈钢CMT焊接接头疲劳试验表明,疲劳断口主要包括了裂纹源、裂纹扩展区、瞬时断裂区。裂纹扩展区存在疲劳裂纹痕迹、瞬时断裂区存在大量的韧窝。疲劳强度为315.84MPa,约为母材抗拉强度的50%左右。冷金属过渡焊接技术(CMT)代替传统MAG焊可以得到形貌和性能俱佳的不锈钢薄板焊接接头。通过大量试验工作,最终得到适用于本文工艺条件下不锈钢薄板CMT焊接工艺的最优参数:送丝速度为8m/min.、弧长修正系数为5%、焊接速度为540mm/min.。
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