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船用钢/铝复合结构低热输入高效电弧焊接工艺机理研究
| 论文题名： | 船用钢/铝复合结构低热输入高效电弧焊接工艺机理研究 |
| 关键词： | 船舶建造;异种金属;电弧焊接;焊接工艺 |
| 摘要： | 铝/钢异种金属复合结构可以充分发挥两种材料的固有优势，具有轻质、强度高以及耐蚀性好等综合优势，在船舶领域应用越来越广泛，然而铝与钢之间热物理性能以及力学性能差异大以及易形成脆硬金属间化合物，使得铝/钢焊接成为难点问题。而对于传统的船舶铝/钢结构的焊接，只能采用爆炸焊接，极大船舶建造的效率以及结构质量。 本文针对船舶建造结构的焊接特点，提出一种旁路分流MIG熔钎焊（BC-MIG）的低热输入高效焊接方法，并进行工艺试验。探讨不同焊接参数对铝/钢接头的形貌特征以及力学性能的影响。研究了铝/钢异种金属 BC-MIG焊接接头的微观组织，在此基础上，进一步探讨了界面层的厚度，性能以及接头组织成分。另外，通过腐蚀试验，研究了接头在海水环境中的腐蚀特性及机理。研究表明，BC-MIG对船用铝/钢的焊接优势尤为明显，焊接参数（MIG电流、旁路 TIG电流、焊接速度、钨极与焊丝间距及其偏移量）的变化量对接头质量影响较大。铝/钢异种金属 BC-MIG焊接接头呈现典型的熔钎焊形貌，接头分为熔合区、焊缝区，中心界面区及母材区。在界面成形过程中，Al、Fe等元素相互发生反应形成由FeAl3、Fe2Al5Znx等金属相组成的连续的界面层。界面层厚度深受焊接工艺参数影响，合理的界面层厚度是确保焊接接头质量的关键。铝/钢BC-MIG焊接接头的拉伸强度在不同工艺参数（主路 MIG焊接电流、旁路TIG电流、焊接速度、钨极与焊丝间距）下，呈现不同的变化趋势。这与焊接过程中工艺参数对接头热输入、组织性能以及成形质量息息相关。试验发现，接头的最大抗拉强度可达187.1MPa，接头断裂于铝母材区域，呈现典型的韧性断裂。通过腐蚀试验发现，钢母材区域腐蚀速度最快，最易受到腐蚀，接头界面层次之，焊缝区腐蚀较慢。铝填充焊缝在腐蚀反应过程中出现氧化膜的产生，阻碍腐蚀反应的发生。而界面层中，Zn层会与Al形成电偶腐蚀的状态，加快界面层的腐蚀。各个区域的反应数量以及参与反应的元素量存在较大差异。BC-MIG焊接技术克服了传统焊接方式带来的困难，提高了船用铝/钢的焊接性及其效率，体现出了极大的经济技术价值，为船舶建造的焊接技术提供的新的发展思路。 |
| 作者： | 吴斌涛 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 苗玉刚;徐艳丽 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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