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D406A超高强度钢强度极高,韧性较好,主要用于固体火箭发动机壳体。该钢种的焊接性较差,采用TIG焊时存在焊接热输入大、裂纹倾向大、变形大等问题。本文首次对D406A钢的激光-TIG填丝焊接特性进行研究,针对其焊丝熔化过渡行为、焊接缺陷控制、组织及力学性能非均匀性等问题进行分析。研究激光-TIG填丝焊焊丝熔化过渡稳定性。焊丝熔化过渡方式可分为三种:大滴状过渡、颗粒过渡以及液桥过渡,其中液桥过渡稳定性最好。焊丝熔化位置H与熔滴过渡方式直接相关,光丝间距、电弧电流、送丝速度及角度之间的匹配是影响焊丝熔化过渡方式的关键。采用较大的光丝间距、较小的送丝角度,更有利于焊丝熔化过渡的稳定性。激光-TIG填丝焊的光丝间距适用范围在-2mm~+6mm,其适应性比激光填丝焊显著提高。进行焊缝成形控制。激光功率、送丝速度、焊接速度之间的匹配是影响焊缝成形及熔透的关键。焊接时容易出现咬边、焊瘤、偏丝、粘钨极、不连续等成形缺陷,焊丝熔化过渡决定焊缝成形,两层焊比单层焊更有利于避免咬边和焊瘤。分析焊接气孔与裂纹。打底层和盖面层均存在气孔,分析气孔特征和元素分布,判断打底层为CO气孔,填充层为工艺气孔。增大激光功率、减小送丝速度、增大保护气流量,能抑制冶金气孔;采用较小的激光功率,能抑制工艺气孔。裂纹出现在打底层。分析裂纹断口特征,热裂纹和冷裂纹混合出现,热裂纹沿晶断裂,冷裂纹同时具有穿晶和沿晶断裂,表现为河流状花样和冰糖状特征。热输入过大会导致热裂纹的产生,脆而硬的高碳马氏体会导致冷裂纹的产生,热裂纹对冷裂纹有诱发作用。降低焊接热输入,减小焊缝熔合比,能抑制裂纹缺陷。小热输入有利于细化晶粒,焊缝晶粒平均尺寸为10.4μm。分析接头组织与性能。接头宏观尺寸及微观组织均具有非均匀性。电弧区焊缝熔宽是激光区的3.9倍。接头微观组织为尺寸不均匀的马氏体,回火区存在回火屈氏体。板条马氏体内部亚结构为高密度的位错,大热输入时,存在片状马氏体,其亚结构同时存在孪晶和位错。母材硬度最低,热影响区硬度最高,回火区存在软化,其硬度为母材的90%。拉伸试样断裂在回火区,抗拉强度为母材的93%。焊后热处理得到回火马氏体,电弧区焊缝硬度最低;接头抗拉强度为母材的98%,延伸率为7.3%,为韧性断裂。