外加磁場對異種金屬焊接質(zhì)量的影響

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1、外加磁場對異種金屬焊接質(zhì)量的影響　　摘要：利用外加磁場對Q45CrNiMo1VA和2O鋼進(jìn)行了11G焊，并分析了焊縫外觀、內(nèi)部組織和質(zhì)量的變化。結(jié)果表明：在適當(dāng)?shù)碾姶艆?　　數(shù)條件下，焊縫外觀和內(nèi)部組織得到改善，缺陷得到有效抑制，可保證產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。外加磁場通過影響熔池的傳熱、傳質(zhì)、晶粒 和缺陷的形核而發(fā)揮作用。 　　關(guān)鍵詞：外加磁場；異種金屬；焊縫組織；形核；焊接缺陷 　　中豳分類號：0441：TG457．1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 　　產(chǎn)品加工中需要對不同厚度的Q45CrNiMo1VA~20鋼2種 　

2、　金屬進(jìn)行焊接。Q45CrNiMo1VA屬于高強(qiáng)鋼，達(dá)到1500MPa 　　以上，其(C)控制在0．42％--0．48％，由于合金元素較多，(C)達(dá) 　　到1．1％左右．致使其焊接性較差。雖然采用機(jī)器人焊接技術(shù)成功 　　實現(xiàn)了2種金屬的焊接，焊縫內(nèi)卻經(jīng)常產(chǎn)生裂紋、未熔合或超標(biāo) 氣孔等缺陷，必須進(jìn)行反復(fù)的修補(bǔ)。 　　電磁攪拌(electromagneticstirring，EMS)技術(shù)是控制金 　　屬凝固過程的有效手段。從材料制備的角度講，焊接過程實際 　　上是金屬材料的熔化和重新凝固的過程，因此，

3、電磁攪拌對焊 　　縫質(zhì)量應(yīng)該具有較大的影響。本文通過外加磁場，探討電磁攪 　　拌抑制異種金屬焊縫內(nèi)缺陷、改進(jìn)焊接質(zhì)量的可行性．為提高 產(chǎn)品的生產(chǎn)效率打下基礎(chǔ)。 l試驗方法 1．1試樣制備 ． 　　t考察裂紋產(chǎn)生情況采用Q45CrNiMo1VA制成的裂紋敏感性試 　　樣(圖1)?？疾旌缚p質(zhì)量采用無坡13的平板對接試樣， 　　Q45CrNiMo1VA板尺寸為260mmx775mmx3mm，淬火調(diào)質(zhì)狀態(tài)， 　　硬度為HRC40左右；2O鋼板的尺寸為260mmx77．5mmX2mm。 圖1裂紋敏感性試樣

4、收稿日期：20o7一O6—22 　　基金項目：中國工程物理研究院科學(xué)技術(shù)基金資助課題 (XX0322) 1．2焊接方法 　　采用TIG焊，焊接電流120A，西2mm的H18CrMoA焊絲， 　　鎢極直徑3mm，保護(hù)氣體(Ar)流量8—12L／min，焊接速度 　　100150mm／min。裂紋敏感性試樣不加任何約束，無焊絲， 每種狀態(tài)用3件試樣。 　　外加磁場由與焊接電弧中心同軸的勵磁線圈產(chǎn)生，通過專 　　用電源提供雙向脈沖勵磁電流，產(chǎn)生的磁力線方向基本上與電 　　弧軸線平行，并以電弧軸線為中心對

5、稱分布，裝置如圖2所示。 圖2焊接裝置示意圖 1．3試驗設(shè)備 　　用WSE一300TSM1型鎢極氬弧焊機(jī)進(jìn)行焊接試驗，用 　　MG325一MU2000型x射線實時成像系統(tǒng)對焊縫質(zhì)量進(jìn)行無損檢 　　測和評價．在MM6金相顯微鏡上進(jìn)行組織分析。 2試驗結(jié)果與分析 2．1焊縫外觀形貌 　　無外加磁場時．焊縫外觀呈現(xiàn)出與焊接方向相反的波紋形 　　狀，波紋間距較大(圖3a)，這是熔融金屬結(jié)晶線沿著凝固方 　　向?qū)訉油七M(jìn)留下的正常焊縫形貌。施加脈沖磁場后，焊縫外觀 　　形貌逐步變成相互交叉的網(wǎng)紋，而且網(wǎng)紋之間

6、的間距較小(圖 　　3b)。勵磁電流繼續(xù)增加，磁感應(yīng)強(qiáng)度增強(qiáng)，焊縫表面的編織 　　狀網(wǎng)紋又漸漸減弱，并最終消失(圖3c，d)。 　　WeldinzTechnolozvVo1．36No．5Oct．2oo7·焊接質(zhì)量控制與管理·55 (a)無外加磁場 圖3不同外加磁場勵磁電流時焊繾外觀形貌 　　無外加磁場時，電弧區(qū)域起主要作用的電子和正離子進(jìn)行 　　無規(guī)則的熱運(yùn)動、在焊接電流產(chǎn)生的縱向電場作用下的軸向運(yùn) 　　動、電弧自身電場作用下的徑向運(yùn)動、徑向帶電粒子濃度差異 　　引起的擴(kuò)散運(yùn)動I1]。外加縱向磁場

7、時，帶電粒子的徑向運(yùn)動切 　　割磁力線而產(chǎn)生切向的洛侖茲力，獲得的切向速度分量使其繞 　　軸線旋轉(zhuǎn)．電弧在宏觀上也表現(xiàn)出旋轉(zhuǎn)特性。磁場方向?qū)㈦S著 　　勵磁電流方向而變化，這樣，電弧的旋轉(zhuǎn)方向也將不斷地變 　　化。電弧的旋轉(zhuǎn)將帶動熔池金屬液的旋轉(zhuǎn)，加速金屬液的流 　　動，而旋轉(zhuǎn)方向的變化導(dǎo)致金屬結(jié)晶前沿的相互交叉，從而使 　　焊縫外觀呈現(xiàn)間距較小的相互交叉網(wǎng)紋。隨著勵磁電流的增 　　大，磁感應(yīng)強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，熔池金屬流動的機(jī)械慣性加大，這 樣網(wǎng)紋狀的外觀形貌反而減弱。直至消失。 2．2焊縫質(zhì)量 2I2

8、．1氣孔 　　Q45CrNiMo1VA~20鋼焊接時焊縫內(nèi)部缺陷主要有氣孔、 　　裂紋、未熔合、未焊透、夾渣等。氣孔和裂紋類缺陷(包括裂 　　紋和未熔合)在生產(chǎn)中頻繁出現(xiàn)，根據(jù)GB／T3323-XX《金 　　屬熔化焊焊接接頭射線照相》對焊縫內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行射線檢測， 結(jié)果見表1和圖4。 表1焊縫內(nèi)部質(zhì)量射線檢測結(jié)果 　　試樣號勵磁電流，A勵磁頻率，}Iz缺陷及數(shù)量，點質(zhì)量級別，級 CS01001I CS031．51焊透缺陷Ⅳ CS04一CS092．5～510I c101一ci051．5