| 摘要：分别采用氩弧焊、微束等离子弧焊和激光焊3种方法对2 mm厚的0Cr11Ni2MoVNb马氏体不锈钢板进行了对接焊，利用计算机有限元软件对3种焊接方法的接头变形情况进行了仿真，并对接头进行了拉伸试验，测试了接头的抗拉强度和延伸率。结果表明：焊接接头变形由大到小的顺序为：氩弧焊、微束等离子弧焊、激光焊，其中激光焊接角变形量最小为0.8°，而氩弧焊的变形量相对较大达到了6.1°。微束等离子弧焊接接头抗拉强度最高为902 MPa，氩弧焊接头最低为854 MPa，微束等离子弧焊接接头延伸率最高为10.1%，氩弧焊接头最低为8.1%。
论文关键词：热输入,焊接变形,抗拉强度,计算机仿真
1 试验材料和方法
试验中所用材料为0Cr11Ni2MoVNb马氏体不锈钢，试验中试板尺寸为150×100×2 mm，对接接头。分别采用氩弧焊、微束等离子弧焊、激光焊接3种方法，焊接参数见表1。焊接后首先采用X射线和超声波进行无损检测，对无缺陷的接头测试变形情况，并利用线切割机垂直于焊缝方向截取拉伸试样，并保证焊缝位于拉伸件的中心。拉伸试样的制备和试验按照GB/T 2651-2008进行，每种焊接工艺方法取3个拉伸试样，室温条件下在万能力学实验机上进行拉伸实验，测试接头的抗拉强度和延伸率。
2 结果和讨论
2.1 焊接接头变形分析
为不同焊接方法焊接时试板变形的计算机仿真情况，在熔化焊接过程中，焊缝区域的材料经历先加热后冷却的过程，由于加热过程发生的塑性变形无法完全恢复，焊接冷却后，变形称为焊接残余变形。由于焊接热源和焊接过程复杂性的特点，焊件中残留的局部高温加热而造成焊件上温度分布不均匀，最终导致在结构内部产生了焊接应力与变形；在冷却过程中，焊缝金属冷却时，当它液态转为固态时，其体积要收缩，焊接接头各部分金属受热膨胀及冷却收缩的程度也不同，导致焊件变形。总体上讲，焊缝区域的材料发生收缩，从而焊缝发生变形，但变形的具体形式与材料的本身特性、板厚、约束条件、热输入量等均有关系。相比而言氩弧焊的焊缝处变形最大达到5.8°，激光焊的焊缝最大变形仅为0.9°，微束等离子弧焊的焊缝最大变形量处于上述两焊接方法之间为3.7°。
焊后根据焊接接头角变形测试方法测量了不同工艺下接头的变形量，并将测量结果与有限元模拟结果进行了对比。相比较而言激光焊由于热源加热集中，其变形量最小，整体变形的变化情况与有限元模拟一致，由于本身变形量并不大，另外在有限元模拟过程进行了适当地简化，因此与实测结果存在一定的误差，其中激光焊接接头变形的误差最大达到了12.远程教育论文5%。
2.2 焊接接头抗拉强度分析
利用万能电子拉伸试验机进行了拉伸试验，测试了不同焊接方法焊接得到的接头的抗拉强度和延伸率。相比而言微束等离子弧焊接接头的抗拉强度最高为902 MPa，而钨极氩弧焊的抗拉强度最低为854 MPa。这主要是由于微束等离子弧焊和激光焊，焊接接头热输入集中，热影响区窄，从而提高了抗拉强度，但是由于激光焊接过程激光对熔池具有较强的冲击作用，从而导致接头表面下凹程度高于微束等离子弧焊接，其接头的承载面积减小，导致接头强度低于微束等离子弧焊。另外由于热源集中使得晶粒未发生长大，因此微束等离子弧焊接接头的延伸率最高，达到了10.1%。
3 结语
计算机模拟和测试结果表明，焊接接头变形由大到小的顺序为：氩弧焊、微束等离子弧焊、激光焊，其中激光焊接角变形量最小为0.8°，而钨极氩弧焊的变形量相对较大达到了6.1°。在该试验条件下，氩弧焊、微束等离子弧焊、激光焊接方法得到的接头抗拉强度分别为：854 MPa、902 MPa、891 MPa，延伸率分别为：8.1%、 10.1%、9.2%。说明热输入是决定接头强度和延伸率的根本原因，焊接接头热输入集中，热影响区窄，可有效提高焊接接头的抗拉强度和延伸率。
参考文献
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