30Cr3超高强度钢淬火态激光焊接接头组织及性能分析

为了分析淬火态30Cr3超高强度钢激光焊接接头的微观组织特点、力学性能及断口特征,采用碟式激光发生器和KUKA机器人进行激光自熔焊接,工艺参数为:激光功率4 200 W、焊接速度1.45 m/min、离焦量+5 mm、保护气流量25 L/min。利用光学显微镜、金相显微镜、显微硬度计和拉伸机等对焊接接头进行分析检测。结果表明,在优化的激光焊接工艺下,焊缝成形良好,无裂纹、咬边等缺陷;焊缝区组织为树枝晶状,热影响区组织为粗大的马氏体,部分相变区为回火屈氏体+回火马氏体;显微硬度测试显示焊缝熔池处硬度最高,平均值为589 HV,部分相变区硬度最低,平均值为482 HV;焊接接头的平均抗拉强度为1 727 MPa,达到母材的96.7%,平均延伸率为5.6%;断裂位置集中在热影响区,断裂方式为韧性断裂。试验证明,30Cr3超高强度钢在淬火状态下通过激光焊接可以获得接近母材性能的焊接接头,尽管存在部分相变区的软化现象,但焊接接头的整体力学性能良好,为固体火箭发动机壳体等承压件的制造提供了一种可行的焊接工艺方法。

激光清洗对30Cr3超高强度钢表面及焊接质量的影响

为了研究激光清洗预处理对30Cr3超高强度钢焊接质量的影响,通过扫描电镜分别对清洗前后的表面形貌、元素组成及基体组织进行对比观察。结果表明,合适的激光清洗工艺可有效去除30Cr3超高强度钢待焊表面氧化层,使表面更加光滑平整,且不损伤基体材料。将激光清洗后的试验件进行电子束焊接,焊后观察其焊缝表面成形良好,无咬边、凹陷等缺陷,焊缝内部质量及力学性能均能达到要求。将焊接接头制成金相试片观察其显微组织形貌,激光清洗预处理后的焊接接头在低倍扫描电镜下焊缝成形饱满,没有出现裂纹、咬边等缺陷;通过高倍扫描电镜观察焊缝中心区域晶粒细小均匀。因此,30Cr3超高强度钢焊前采用激光清洗进行预处理可以有效清除待焊表面污染层,且焊接质量满足要求。

基于满意度函数的强力旋压壁厚偏差稳健设计优化

为提高强力旋压筒体成形质量的稳定性、得到整体尺寸精度更稳定的旋压筒体,在Simufact.forming有限元软件中进行强力旋压数值模拟,选择30Cr3高强度钢作为旋压材料,筛选优化工艺参数为减薄率、进给速率与轴向错距,并以旋压筒体壁厚偏差为优化目标。通过引入熵权理论对传统的双响应曲面进行改进,设计了一种更优的满意度函数对强力旋压筒体壁厚偏差进行稳健优化设计。应用GRG法对得到的满意度函数进行求解,得到壁厚稳定的强力旋压优化参数。结果表明:减薄率为57.8%、进给速率为1.232 mm·s^(-1)、轴向错距为3.57 mm时,得到的旋压筒体壁厚偏差均值为0.051 mm、标准差为0.0172 mm,得到的满意度函数值为0.8218,此时旋压筒体的壁厚更接近名义值,整体壁厚也更均匀。在对有限元仿真的试验验证中,其相对误差较小、可靠性表现良好,对旋压成形工艺有较大的指导意义。