0 前言高强钢有较高的综合力学性能，主要用于大型船舶、桥梁、高压容器、起重机械、矿山机械及其他大型焊接结构件[1-8]。高强钢的激光焊与传统的焊接方法(TIG焊，MIG焊)相比，具有焊接速度快，能量密度高，热输入小，焊接变形小，晶粒小，易于实现自动化等优点，但是由于激光焊冷却速度快，容易产生凝固裂纹、气孔等缺陷[9-13]。 在高强钢激光焊接过程中产生气孔的主要原因是匙孔的不稳定[14-15]。激光摆动焊相比普通激光焊可以提高焊缝坡口的间隙适应性，同时还有利于提高匙孔的稳定性，减少或抑制气孔的产生[16-17]。比利时钢铁公司将激光摆动焊应用于汽车车身用不等厚钢板的焊接中，扩大了间隙容忍性[18]。周立涛等人[19]研究发现，圆形轨迹激光摆动焊接时，摆动频率在100～220 Hz有利于抑制铝合金焊接气孔的产生。目前，激光摆动焊对高强钢气孔和焊缝成形的研究较少，试验以10Ni5CrMoV为材料，研究了摆动轨迹、摆动幅度、摆动频率对焊缝成形和气孔率的影响。 1 试验方法试验用母材10Ni5CrMoV钢板，尺寸为150 mm×200 mm×20 mm。化学成分见表1。试验用的激光器为30 kW IPG光纤激光器，激光枪用的IPG D50 Wobble，保护气体为Ar，流量为25 L/min。激光束与试件的夹角为80°,如图1所示。 影响学生心理的因素非常复杂，因而帮助他们形成健康心理的任务就十分艰巨。为了适应教学改革新形势的要求，实现全面实施素质教育的要求，教师应积极帮助农村中学生形成健康心理，更有效地对学生进行心理健康教育，这就需要学生、学校、家庭和社会等多方通力协作，共同来完成。 另外，正确对待员工在工作中的见解，能更好提高员工钻研业务的兴趣。这就要求管理者鼓励员工有自己的工作思路，把新发现和积极性留给员工。而且不在员工面前显耀自己曾经获得的成绩，控制住自己想赢的欲望，把赢的机会让给员工。管理者还可以帮助员工确立符合实际工作的钻研目标，从小革新开始，努力进行服务细节的改进。细节服务是促使员工创新服务的起点，是提高员工钻研兴趣的基础。 本次研究结果显示，MRI平扫检出率高于多排螺旋CT平扫，P＜0.05；两种检测方式增强扫描检出率对比无明显差异，P＞0.05。MRI能够检出多排螺旋CT无法诊断的非典型病灶，分辨率较高，多种序列成像与血管内对比剂的敏感性较高。同时，MRI检测能够通过选择不同类型的造影增强剂加强图像的清晰度，从而提高小肝癌的诊断准确性[5]。 有关研究表明，采用深熔焊时，低焊速比高速焊、不完全熔透比完全熔透更容易产生气孔，因此文中采用了低焊速不完全熔透方式[20]。通过改变激光摆动焊的相关工艺参数，研究了不同的摆动参数对焊缝成形和气孔率的影响规律，并将试验结果与传统激光焊(非摆动激光焊)对比。由于高功率低速焊接时飞溅较大，因此焊接的激光功率选定为6 kW，焊接速度为0.6 m/min，离焦量为15 mm。激光摆动焊接时，除摆动轨迹、摆动幅度a以及摆动频率f外，其它工艺参数与传统激光焊接相一致。 分别在焊缝前中后三个位置取横截面，对焊缝进行X射线探伤检测，观察焊缝中的气孔及分布情况，应用 image-proplus 软件对焊缝气孔率(探伤底片上气孔的面积与焊缝面积之比)进行计算。 表1 10Ni5CrMoV的化学成分(质量分数，%)  CSiMnSPCrNiMoVFe0.0890.240.490.001 10.004 60.554.650.480.062余量  图1 焊接过程示意图 2 试验结果与分析2.1 摆动轨迹对焊缝成形及气孔率的影响在其他条件相同的情况下，激光束摆动轨迹不同，激光对熔池的搅拌作用也有所不同，因此熔池的流动方式以及稳定性都有差别。在摆动频率60 Hz，摆动幅度2 mm情况下，文中研究了“∞”轨迹、“8”轨迹、顺时针圆形轨迹、逆时针圆形轨迹、垂直轨迹、平行轨迹(图2)对焊缝成形和气孔率的影响。  图2 不同摆动轨迹的示意图 采用不同的激光摆动轨迹获得的焊缝成形各不相同，如图3所示。激光不摆动焊缝表面成形不均匀，飞溅较多，“∞”轨迹激光摆动时焊缝表面成形平整，其他轨迹焊缝中间高两侧低。图4为不同条件下焊缝的熔深熔宽，从图4中可以看出，激光摆动焊接焊缝的熔深低于传统激光焊缝熔深，“∞”，“8”和垂直摆动方式的激光焊缝熔宽远大于传统激光焊缝熔宽，其他摆动方式，熔宽变化较小。图5为不同摆动轨迹的X射线探伤底片，图6为不同摆动轨迹激光焊缝的气孔率和深宽比。激光不摆动焊接的气孔较多，其他几种摆动轨迹焊接的气孔率均低于传统激光焊缝的气孔率。摆动焊接过程中，激光对熔池产生了搅拌，同时使得激光小孔的形状和直径有所增加，匙孔和熔池变得稳定，有利于匙孔气体的排出，使得对气孔的产生和单激光比都有不同程度的抑制作用。其中顺圆、逆圆、平行和垂直轨迹对气孔的抑制效果较明显，其中垂直的气孔率最低，仅为0.19%。顺圆轨迹和平行轨迹的深宽比接近，但顺圆轨迹的气孔率低于平行轨迹。  图3 不同摆动轨迹焊缝照片  图4 不同摆动轨迹对熔深熔宽的影响  图5 不同摆动轨迹焊缝探伤底片  图6 不同摆动轨迹对气孔率的影响 与传统激光焊相比，采用顺圆和逆圆两种摆动方式时，尽管获得的焊缝熔深有所降低(约降低4.9%和11.2%)，但仍然具有较大的熔深，获得焊缝的深宽比较大，但是获得焊缝的气孔率却相对较低。而采用“∞”和“8”摆动轨迹获得的焊缝熔深显著降低，焊缝熔宽增大，焊缝的深宽比明显降低，但是获得焊缝的气孔率却高于圆形，平行和垂直摆动轨迹焊缝的气孔率，说明在不同摆动轨迹下，焊缝深宽比的大小相差不多时，焊缝气孔率的大小与不同摆动轨迹而引起的熔池流动特征密切相关。从气孔率的结果分析可知，顺圆、逆圆摆动轨迹始终向一个方向做椭圆轨迹运动，垂直轨迹成正弦曲线运动，如图7所示。焊接过程熔池稳定，气孔率较低；而采用“∞”和“8”摆动轨迹时，相比与前面几种轨迹，激光束运动轨迹出现了相反方向的运动，熔池波动剧烈，导致匙孔不稳定，从而产生的气孔较多；而平行轨迹只是沿着焊接方向往复运动，较“∞”和“8”摆动轨迹熔池波动小，匙孔较稳定，气孔较少。  图7 不同摆动轨迹激光束运动路径 由于垂直轨迹的激光摆动焊对气孔的抑制效果最佳，并且表面成形优于其他几种轨迹，因此后续重点研究了在垂直轨迹下，摆动幅度、摆动频率对熔深、熔宽、气孔率的影响。 本文通过对打磨任务的分析，创新设计了一种针对PCCP承、插口两端口打磨的机器人自动化装备。首先，对该端口打磨机器人进行了结构设计，并根据打磨机器人克服摩擦力环绕承、插口钢圈作周向转动以完成打磨工作的特点，利用现场试验分析它在转动过程中产生的打滑失效现象。为了保证打磨机器人能够高效可靠地完成绕端口的转动打磨工作，建立打磨机器人压紧力模型及其可靠度模型，采用随机摄动方法讨论其可靠性问题，分析该端口打磨机器人的动态可靠度，并找出影响打磨机器人可靠性灵敏度的因素，为下一步的结构优化设计及提高其工作可靠性作准备。 2.2 摆动幅度对焊缝成型及气孔率的影响摆动幅度影响到了激光对试件的热作用面积，从而影响了熔池的大小、匙孔的形状及尺寸、匙孔的稳定性，因而影响焊缝中气孔的产生。文中设计摆动幅度在0.5～2.5 mm，研究了摆动幅度对熔深、熔宽及气孔的影响。 采用垂直摆动轨迹，摆动频率在60 Hz的情况下，摆动幅度对熔深、熔宽、气孔率的影响如图8～10所示。垂直轨迹激光摆动焊接时不同摆动幅度下的焊缝的熔深与熔宽情况如图8所示。随着摆动幅度的增加，当摆动幅度由0.5 mm增至2.5 mm时，熔宽增加，熔深减小。但熔深的变化相对较大，从7.61 mm降低到5.43 mm。熔宽变化相对较小，从6.04 mm增到6.46 mm。从熔深熔宽的变化分析可知，摆动幅度的增加，对熔深的影响较大，激光对母材的作用面积增加，激光对作用同等面积的母材能量变小，使得匙孔的深度减小，导致熔深的减小，而激光对两侧作用的能量不足以熔化更多的母材，因此熔宽增幅较小。不同摆动幅度焊缝的X射线探伤底片如图9所示。摆动幅度对气孔率的影响规律如图10所示。可以看出，在摆动频率为60 Hz时，气孔率都比较低。在摆动幅度是2 mm时，气孔率最低，为0.2%。 2.3 摆动频率对熔深、熔宽、气孔率的影响摆动频率会影响光束搅拌熔池的速度和稳定性，从而对气孔的产生造成影响。选择垂直轨迹激光摆动，在摆动幅度为2.0 mm、摆动频率30～600 Hz时，得到的摆动频率对熔深、熔宽及气孔的影响如图11和图12所示。图11反映了不同摆动频率对熔深、熔宽的影响规律。由图可知，当摆动频率在30～90 Hz范围内，随着频率的增加，焊缝熔宽基本不变，熔深略有增加。当摆动频率在90～150 Hz范围内，随着摆动频率的增加，焊缝熔宽减小，熔深增加。当摆动频率大于150 Hz时，随着摆动频率的增加，熔深、熔宽与150 Hz时的熔深、熔宽变化不大。  图8 摆动幅度对熔深熔宽的影响  图9 不同摆动幅度焊缝的探伤底片  图10 摆动幅度对气孔率的影响 图11 摆动频率对熔深熔宽的影响 垂直轨迹激光摆动焊接时不同摆动频率对气孔率的影响规律如图12所示。不同摆动频率焊缝的X射线探伤底片如图13所示。从图12中可以看出，随着摆动频率的增大，气孔率曲线呈上升趋势。当频率在30～60 Hz的低频区间时，获得的焊缝具有较低的气孔率，说明此时激光匙孔的尺寸较大，匙孔的稳定好。当频率大于60 Hz时，随着摆动频率的增大，焊缝的气孔率逐渐变大，说明激光匙孔的稳定性变差，频率越高其激光摆动的作用方式越接近传统激光焊。 图12 摆动频率对气孔率的影响 图13 不同摆动频率焊缝的探伤底片 3 结论(1)与传统激光焊相比，垂直摆动、平行摆动、圆形摆动、8摆动、∞摆动方式对焊接过程中气孔的产生都有明显的抑制作用，垂直摆动效果最佳。 (2)不同摆动轨迹下，焊缝气孔率的大小与不同摆动轨迹而引起的熔池特征密切相关，与焊缝深宽比的大小并非直接关联，激光摆动焊气孔率的降低不能仅仅归结为焊缝深宽比的降低。 (3)在摆动频率30～90 Hz范围内，随着频率的增加，焊缝熔宽基本不变，熔深略有增加。当摆动频率在90～150 Hz范围内，随着摆动频率的增加，焊缝熔宽减小，熔深增加。当摆动频率大于150 Hz时，随着摆动频率的增加，熔深、熔宽变化不大。 从出行人员来看，出入省人医的目的主要分为职工通勤、就诊和探望。省人医的医务人员和院内职工有3000余人，每天的通勤出行量大，但这类出行相对其他具有一定规律性，进出医院的时间点比较固定，集中在早晚上下班的高峰期。前来就诊的人员在医院进出人流中占有最大的比例，省人医每天就诊量达到数千人次甚至上万人次，就诊人员普遍情绪不高且比较着急和焦虑，经常会发生违反交通规则的行为。来医院看望病人的亲戚朋友也不在少数，这类人群的出行时间不固定，在医院停留的时间普遍较短。[5] (4)高强钢焊接过程中，在垂直摆动轨迹下，摆动频率较低时，对气孔抑制的作用最为显著。 参考文献 [1] Lu F, Liu X, Wang P, et al. Wide temperature range mechanical properties of NiCrMoV UNG-SAW welded joint with heavy section[J]. Journal of Materials Research, 2015, 30(13): 2108-2116. [2] 李俐群, 陶汪, 朱先亮. 厚板高强钢激光填丝多层焊工艺[J].中国激光, 2009, 36(5): 1251-1255. [3] 徐望辉, 董春林, 杨春利, 等. 高强钢摆动电弧窄间隙GMAW组织与性能研究[J]. 焊接, 2016(7): 32-36. [4] Tanaka I, Nitomi H, Imanishi K, et al. Application of high-strength nonoriented electrical steel to interior permanent magnet synchronous motor[J]. IEEE Transactions on Magnetics, 2013, 49(6): 2997-3001. [5] 雷正龙, 李颖, 陈彦宾, 等. 双光束激光填丝焊工艺对铝合金焊接气孔率的影响[J]. 焊接学报, 2013, 34(2): 40-44. [6] Matsunawa A, Seto N, Kim J D, et al. Observation of keyhole and molten pool behavior in high power laser welding: mechanism of porosity formation and its suppression method[J]. Transactions of Jwri, 2001, 30(1):13-27. [7] Wang L, Gao M, Zhang C, et al. Effect of beam oscillating pattern on weld characterization of laser welding of AA6061-T6 aluminum alloy[J]. Materials & Design, 2016, 108: 707-717. [8] 付邦龙, 孟祥萌, 秦国梁, 等. 铝合金激光焊接技术的研究进展[J]. 焊接, 2013(6):20-25. [9] 赵琳, 张旭东, 陈武柱,等. 光束摆动法减小激光焊接气孔倾向[J]. 焊接学报, 2004, 25(1): 29-32. [10] 杨海锋,黄瑞生,常云峰,等.双光束激光-TIG复合焊电弧特性分析[J].焊接,2016(12):41-45+7. [11] 孙茂龄,宋昌洪,吉荣亮,等.TIG-MIG复合焊研究现状与展望[J].焊接,2016(12):33-36+7. [12] 赵孝祥,孙策,叶福兴,等.MIG焊参数及路径对增材制造熔敷层尺寸的影响[J].焊接,2016(4):33-36,74. [13] Chang Y, Lei Z, Wang X, et al. Characteristic of laser-MIG hybrid welding with filling additional cold wire for aluminum alloy[J]. China Welding,2018,27(3):35-41. [14] 李学军, 黄坚, 潘华, 等. QP1180高强钢薄板激光焊接接头的组织与成形性能[J]. 中国激光, 2019, 46(3):72-79. [15] 史平安, 万强, 颜怡霞, 等. 激光深熔焊中小孔型气孔形成机理的研究进展[J]. 兵器材料科学与工程, 2018, 41(3):104-111. [16] 李俐群, 孟圣昊, 彭进. 铝合金激光焊接熔池中气泡运动与气孔相关性分析[J]. 焊接学报, 2018, 39(6):1-6. [17] 庞盛永. 激光深熔焊接瞬态小孔和运动熔池行为及相关机理研究[D]. 武汉：华中科技大学博士学位论文, 2011. [18] Rubben K, Mohrbacher H, Leirman E. Advantages of using an oscillation laser beam for the production of tailored blanks[J]. SPIE, 2013, 3097: 228-232. [19] 周立涛, 王旭友, 王威, 等. 激光扫描焊接工艺对铝合金焊接气孔率的影响[J]. 焊接学报, 2014, 35(10): 65-68. [20] 王诗洋, 王旭友, 滕彬, 等. 激光全熔透工艺参数对不锈钢焊接气孔率的影响[J]. 焊接, 2015(6): 30-34. |
|
|
