激光清洗预处理对HSLA镀/焊质量的影响研究

作     者：朱立新 

作者单位：温州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：薛伟

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：激光清洗 高强度低合金钢 热镀锌 激光焊接 工艺性能 

摘      要：高强度低合金(HSLA)钢被广泛用来制造各种强度要求较高的工程结构,例如桥梁、船舶、车辆等大型钢结构等。防锈、焊接作为高端HSLA钢结构产品的核心工艺技术要求,如何提升HSLA钢的涂镀性、可焊性成为重大工程应用的迫切需求。激光清洗作为一种新型的表面预处理工艺,由于其高效、一致性好、对基体损伤小、除锈效果好、环保等优点,被认为是一种非常理想的镀前/焊前处理技术解决方案。本课题通过调节激光清洗工艺参数,探究Q345B钢表面激光清洗预处理工艺机理,并通过分析对比探究了激光清洗预处理对于HSLA钢表面镀锌层和焊接接头性能的影响。首先,分析了不同激光清洗参数如激光能量密度、清洗速度和光斑重叠率对HSLA钢表面粗糙度、显微硬度、显微形貌和元素成分的影响规律。过大或者过小的激光能量密度、清洗速度和光斑重叠率,都会造成样品清洗表面质量的下降。获得了较好的激光清洗工艺参数组合:19.5 J/cm的激光能量密度,2000mm/s的清洗速度和40%的光斑重叠率,能够有效去除HSLA钢镀/焊前污染物,提高表面预处理质量。然后,分析对比了激光清洗预处理样品和酸洗HSLA钢样品表面热镀锌层质量。结果表明经过激光清洗镀前预处理的HSLA钢,表面粗糙度的增加和特殊沟槽结构,使得热镀锌层中锌铁合金层的生长方向增加,镀层和HSLA钢样品表面的结合力得到提升。对比传统酸洗预处理样品,其表面镀锌层厚度、表面质量、抗粉化性能都有较大幅度的提升。最后,研究了激光清洗预处理对HSLA钢结构碳钢板后续激光焊接质量的影响,适当的激光清洗工艺参数可以去除工件表面的锈蚀和油脂,形成波纹状细微沟槽织构,提高HSLA钢基体对激光束能量的吸收率。对比传统焊前预处理的焊接接头,经过激光清洗预处理的焊接接头焊缝成型质量良好,抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为510MPa、416MPa和36%,与母材的各方面性能极为接近。激光清洗预处理有效地避免了焊缝气孔和裂纹的产生,提高了焊缝成形质量。本文对高强度低合金钢镀/焊工艺性能的激光清洗优化机理研究,为制定合适的激光清洗预处理规范取代传统镀/焊前预处理,提供了丰富和可靠的实验数据支持,具有重要的工程应用价值。