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CLAM钢T形接头小角度激光焊接研究
摘要：
本文以CLAM钢T形接头为研究对象，通过小角度激光焊接的方法对接头进行了加工和组装。通过金相显微镜、扫描电镜和微硬度测试等手段对焊接接头的性能进行了测量，并探究了焊接工艺参数对焊接接头性能的影响。结果表明，小角度激光焊接能够有效地提高接头的焊接强度和密封性，其中激光功率、焊接速度和焊接角度可以显着影响焊接接头的性能。
关键词：
CLAM钢；T形接头；小角度激光焊接；性能测试；焊接工艺参数
1.引言
T形接头是制造工业中常见的结构元件之一，广泛应用于管道、船舶、汽车、建筑等领域。对于T形接头的加工和焊接，传统的方法通常是采用手工焊接或者氩弧焊接。然而，这些方法存在效率低、不均匀、易产生气孔和裂纹等缺陷的问题，限制了接头的性能和应用范围。为了克服这些缺点，近年来出现了激光焊接技术，该技术具有高能量密度、低热输入、高加工精度等优点，使得焊接接头能够获得更好的性能。
CLAM钢属于一种复合材料，具有高硬度、高强度和高耐腐蚀性能，在船舶和核工业等领域应用广泛。然而，CLAM钢的材料特性导致其与常规焊接方法存在困难，需要采用高级的焊接工艺技术来实现。
本文以CLAM钢T形接头为研究对象，采用小角度激光焊接的方法对接头进行加工和组装，通过金相显微镜、扫描电镜和微硬度测试等手段对焊接接头的性能进行了测量，探究了焊接工艺参数对焊接接头性能的影响。
2.实验材料与方法
2.1实验材料
选取了CLAM钢板材作为研究材料，其组成成分如下表所示。
表1CLAM钢板材成分表
元素CSiMnCrNiAl
含量（wt%）0.150.21.213.50.54.0
选取了加工后尺寸为30mm×30mm×5mm的T形接头样品，如图1所示。T形接头的角度为30°，厚度为5mm，为了达到更好的组装效果，焊接面积采用重叠搭接。
图1CLAM钢T形接头示意图
2.2实验方法
2.2.1设计小角度激光焊接工艺
根据实验要求，设计小角度激光焊接工艺，选取激光焊接设备，精确调节焊接参数，制定合理的加工方案。在实验过程中，选取气体保护下的小角度激光焊接方式，激光功率为300W，焊接速度为50mm/min，焊接角度为5°、10°、15°、20°，分别进行焊接，得到四组样品。
2.2.2金相显微镜观察
对焊接接头进行金相试样制备，采用机械抛光和腐蚀处理，观察焊缝形态和组织结构。采用ZEISSAXIOScope.A1光学显微镜进行观察。
2.2.3扫描电镜分析
采用扫描电镜对焊接接头进行微观观察，分别观测焊前、焊中和焊后的微观形貌和组织结构。采用JEOLJSM-7800F扫描电镜进行观察。
2.2.4微硬度测试
采用微硬度测试仪对焊接接头进行硬度测试，测量焊缝区、热影响区和基材中的显微硬度值，确定焊接区域的硬度情况。
3.实验结果与分析
3.1金相显微镜观察
通过金相显微镜观察，得到焊后的图像，如图2所示。
图2CLAM钢T形接头小角度激光焊接金相显微镜图像
从图2中可以看出，焊缝的颜色与基材相比有所不同，同时可以看到焊缝区域出现了部分液态相，使得焊接接头具有更好的结合力。从角度大小逐渐增加的四组样品中，可以看到焊接接头的厚度在焊缝中逐渐增加，并且焊缝区域的柱状晶粒逐渐增多。
3.2扫描电镜分析
通过扫描电镜的分析，可以更细致地观察焊接接头的微观变化。
图3是焊前、焊中和焊后的扫描电镜图像，其中a表示焊前的图像，b表示焊中的图像，c表示焊后的图像。
从图3中可以看出，在焊前时，基材表面出现了一些细小的表面凹凸和粗糙区域；在焊接过程中，焊接区域呈现局部的熔化，但仍能准确地控制焊接形态；在焊后时，焊缝区域中的柱状晶粒逐渐增多，缺陷区域较少，接头表面较为光滑。
图3CLAM钢T形接头小角度激光焊接扫描电镜图像(a)焊前(b)焊中(c)焊后
3.3微硬度测试
为了分析焊接接头的硬度情况，对焊缝区域、热影响区和基材进行硬度测试，并得到结果如表2所示。
表2CLAM钢T形接头小角度激光焊接微硬度测试结果
焊接角度焊缝区（HV）热影响区（HV）基材（HV）
5°386345316
10°408351324
15°441356330
20°465361336
从表2的结果可以看出，随着焊接角度的增加，焊接区域的硬度值也逐渐增加，并且在所有样品中，焊接区域的硬度值均高于热影响区和基材。
4.结论
通过本次实验可以得出以下结论：
（1）采用小角度激光焊接可以在不增加热输入的情况下提高接头的焊接强度和密封性。
（2）焊接工艺参数对焊接接头性能有显着影响，其中激光功率、焊接速度和焊接角度等参数能够影响焊接接头的组织结构和硬度情况。
（3）通过金相显微镜、扫描电镜和微硬度测试等手段对焊接接头的性能进行综合评估，可以了解焊接接头的内部结构和性能情况。
参考文献：
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