外加磁场对异种金属焊接质量的影响

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1、外加磁场对异种金属焊接质量的影响摘要：利用外加磁场对q45crnimo1va和2o钢进行了11g焊，并分析了焊缝外观、内部组织和质量的变化。结果表明：在适当的电磁参数条件下，焊缝外观和内部组织得到改善，缺陷得到有效抑制，可保证产品的焊接质量。外加磁场通过影响熔池的传热、传质、晶粒和缺陷的形核而发挥作用。关键词：外加磁场；异种金属；焊缝组织；形核；焊接缺陷中豳分类号：0441：tg457．1文献标识码：b产品加工中需要对不同厚度的q45crnimo1va~20钢2种金属进行焊接。q45crnimo1va属于高强钢，达到1500mpa以上，其(c)控制在0．42

2、％--0．48％，由于合金元素较多，(c)达到1．1％左右．致使其焊接性较差。虽然采用机器人焊接技术成功实现了2种金属的焊接，焊缝内却经常产生裂纹、未熔合或超标气孔等缺陷，必须进行反复的修补。电磁搅拌(electromagicstirring，ems)技术是控制金属凝固过程的有效手段。从材料制备的角度讲，焊接过程实际上是金属材料的熔化和重新凝固的过程，因此，电磁搅拌对焊缝质量应该具有较大的影响。本文通过外加磁场，探讨电磁搅拌抑制异种金属焊缝内缺陷、改进焊接质量的可行性．为提高产品的生产效率打下基础。l试验方法1．1试样制备．t考察裂纹产生情况采用q45crn

3、imo1va制成的裂纹敏感性试样(图1)。考察焊缝质量采用无坡13的平板对接试样，q45crnimo1va板尺寸为260mmx775mmx3mm，淬火调质状态，硬度为hrc40左右；2o钢板的尺寸为260mmx77．5mmx2mm。图1裂纹敏感性试样收稿日期：20o7一o6—22基金项目：中国工程物理研究院科学技术基金资助课题(20050322)1．2焊接方法采用tig焊，焊接电流120a，西2mm的h18crmoa焊丝，钨极直径3mm，保护气体(ar)流量8—12l／min，焊接速度100150mm／min。裂纹敏感性试样不加任何约束，无焊丝，每种状态用3

4、件试样。外加磁场由与焊接电弧中心同轴的励磁线圈产生，通过专用电源提供双向脉冲励磁电流，产生的磁力线方向基本上与电弧轴线平行，并以电弧轴线为中心对称分布，装置如图2所示。图2焊接装置示意图1．3试验设备用1型钨极氩弧焊机进行焊接试验，用mg325一mu2000型x射线实时成像系统对焊缝质量进行无损检测和评价．在mm6金相显微镜上进行组织分析。2试验结果与分析2．1焊缝外观形貌无外加磁场时．焊缝外观呈现出与焊接方向相反的波纹形状，波纹间距较大(图3a)，这是熔融金属结晶线沿着凝固方向层层推进留下的正常焊缝形貌。施加脉冲磁场后，焊缝外观形貌逐步变成相互交叉的网纹，

5、而且网纹之间的间距较小(图3b)。励磁电流继续增加，磁感应强度增强，焊缝表面的编织状网纹又渐渐减弱，并最终消失(图3c，d)。o1va~20钢焊接时焊缝内部缺陷主要有气孔、裂纹、未熔合、未焊透、夹渣等。气孔和裂纹类缺陷(包括裂纹和未熔合)在生产中频繁出现，根据gb／t3323-2005《金属12全文查看熔化焊焊接接头射线照相》对焊缝内部质量进行射线检测，结果见表1和图4。表1焊缝内部质量射线检测结果试样号励磁电流，a励磁频率，}iz缺陷及数量，点质量级别，级cs01001ics031．51焊透缺陷ⅳcs04一cs092．5～510ic101一ci0

6、51．5-420icfo1002ⅱcf02一cfo73．50．5~200i(a)cso1(c1cf01■—_e陷——一o6图4焊缝内部质量(d1cs06常规焊接的cso1和cf01焊缝内部质量为i级和ⅱ级，多少存在气孔。施加外部磁场后。除了cs03有焊透缺陷外，电磁参数在较宽范围内焊缝内部都没有发现气孔。达到i级焊缝标准．说明电磁搅拌对q45crnimo1va$i120钢焊缝内部气孔的抑制作用效果比较明显。熔池中气孔形成稳定的核心并以此为基础长大的临界尺寸可按以下公式计算[2]：⋯r_ker。△[1-f．(2△1-cos丽o)／fj，(1

7、)其中：为熔融金属的表面张力(相间张力)，为吸附力的作用面积，f为气泡的表面积，为气孔核与表面的浸润角，k。，k：为比例系数，△，△为液体和固体金属中气体饱和度，为气泡内的气体压力，为气泡上部液体压力。外加磁场作用时，熔池的周期性流动导致结晶区域成分浓度集中程度减弱，结晶前沿溶质浓度降低，气体浓度下降，降低了气体的饱和度，提高了气孔形成稳定核心的临界尺寸；抑制气泡萌生的外部压力增大；凸入到液体金属中的枝晶被重新熔化，使枝晶臂尺寸减小，已经形成的气孔核因枝晶臂重熔而消失；结晶线前沿稳定性提高，结晶界面向前推移速度降低。这些都有助于减小气孔核形成几率。并利于气体

8、从焊缝表面逸出。文献[3~4]中指出：外加磁场对焊缝