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三明治板T型接头激光焊接工艺以及力学性能研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 课题研究意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 材料轻量化技术在船舶制造领域的应用

1.3.2 结构轻量化技术在船舶在船舶制造领域的应用

1.4 激光焊接技术及其在船舶中的应用

1.4.1 激光焊接原理

1.4.2.激光深熔焊接的主要工艺参数

1.4.3 激光焊接技术在舰船建造中的应用与前景

1.5 低合金钢及其焊接性

1.6 课题研究的主要内容

第二章 实验材料、设备以及方法

2.1 试验材料

2.2 激光焊接设备

2.3 试验方法

2.3.1 激光焊接接头形式

2.3.2 接头的力学性能试验

2.4 本章小结

第三章 激光焊接工艺对不同T型接头焊缝形貌尺寸研究

3.1 激光焊接工艺参数

3.2 焊接工艺对焊缝截面的影响

3.2.1 接头形式对T型接头焊缝截面形貌的影响

3.2.2 激光功率对焊缝截面形貌的影响

3.2.3 焊接速率对焊缝截面形貌的影响

3.2.2 表面处理状态对焊缝截形貌的影响

3.2.4 间隙对焊缝截面形貌的影响

3.3 显微组织分析

3.4 三明治板焊接

3.4.1 试样准备

3.4.2 三明治焊接过程

3.5 本章小结

第四章 不同焊接工艺对T型接头力学性能的影响

4.1 焊接工艺参数对T型接头弯曲性能的影响

4.2 焊接工艺参数对T型接头剪切性能的影响

4.3 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间已发表的论文

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摘要

近年来,随着节约能源,节能减排的不断提出,对运载工具轻量化设计显得尤为重要。金属三明治板是在上下两块金属面板之间放置了支撑芯板,连接支撑芯板和面板从而成为整体结构。具有减重、绝热和防火、抗冲击等优点。焊接工艺影响着接头性能进而对整个三明治板性能产生影响。本文以对舰船结构的轻量化为研究背景,以激光焊接国产船用钢CCS-B三明治板T型接头为主要研究对象,研究了激光工艺参数对T型接头焊缝成型规律以及力学性能的影响。并且实现了焊缝成型良好且无明显变形的三明治大板的制造。
   本文首先分析了面板表面处理状态对T型接头焊接过程的影响以及防止措施。试验结果表明,母材表面氧化皮存在,焊接过程不稳定,在焊接过程中产生大量飞溅,焊缝截面尺寸减小,且在芯板与面板的连接处形成密集分布且尺寸较大的气孔,气孔最大直径可达2mm。
   其次,通过大量实验研究了在母材表面氧化皮去除的情况下激光功率、焊接速率、面板与芯板的间隙量以及激光的偏移量等主要焊接参数对T型接头焊缝成型的影响。对板厚为4mm的船用钢的T型焊接接头的研究结果表明,激光功率与焊接速度的合理匹配可获得焊缝成型良好且美观的焊缝。在无偏移量或者小偏移量存在的情况下焊缝接头截面形状为Y型,当偏移量较大时,焊缝截面形状不规则。在激光功率、焊接速率、离焦量等其他焊接参数不变时,面板与芯板之间存在一定量间隙有利于焊缝熔深增加。对T型接头各区域显微分析结果表明,10CrNiMnMoV激光焊接焊缝主要为马氏体组织,热影响区宽度较小,约1mm。
   第三,利用自制的T型接头力学性能试验装置进行T型接头的弯曲与剪切试验,分析结果发现:T型接头连接处宽度越大其最大弯曲载荷和剪切载荷越大,间隙或偏移的存在会降低T型接头弯曲载荷能力。通过观察其断口特征发现断裂为典型的剪切韧窝断裂。
   最后,对三明治大板的焊接研究表明,影响三明治板焊接质量的因素较多,如板材的尺寸精度、装配精度、芯板的平整度、强度、夹具对试样的夹紧程度、以及焊接顺序等都会对焊接质量产生影响,焊后常出现三明治板的挠曲变形。通过采取合理的焊接顺序可以减小焊接变形的产生。

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