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42CrMoA属于Cr-Mo系列的中碳调质钢,在高温下具有优良的的力学性能和组织化学稳定性,因此广泛地应用于火力发电、石油化工、航空航天、海上交通、原子能等领域。但该材料碳和合金元素含量高,淬硬倾向大;焊缝凝固时结晶温度区间大,杂质元素易于偏析,热裂纹敏感性高。因此主要应用于铸造件和锻造件,较少用于焊接结构件。本文针对42CrMoA中碳调质钢,采用扫描激光-MAG复合焊接方法系统地研究了扫描轨迹、扫描幅度、扫描频率等参数对工艺型气孔和焊缝成形的影响规律,并利用高速摄像分析了焊接过程中激光小孔动态行为。对于焊接中出现的裂纹,应用金相分析和扫描电镜断口分析确定了裂纹的性质和形成原因,并根据裂纹的类型制定了相应的防止措施,为42CrMoA中碳调质钢的焊接应用奠定基础。研究表明:在适当的焊接参数范围内,扫描激光-MAG复合焊接方法能够有效地抑制工艺型气孔的形成,同时显著改善焊缝成型。在垂直、圆形和“8”字形三种扫描路径中,垂直路径和圆形路径对气孔有较好的抑制效果,“8”字形效果不佳。在垂直扫描轨迹下,当扫描幅度小于1.0mm时,对气孔没有抑制效果;当扫描幅度在1.0mm-2.0mm时扫描频率与气孔率呈“U”型关系,其最优频率区间为20Hz-60Hz;当扫描幅度大于3.0mm时,可在全频率区间内抑制气孔,但此时激光为热导焊模式。垂直扫描轨迹虽然能够抑制气孔,但是焊接过程产生较多飞溅并且焊缝根部两侧容易出现羊角形尖顶。圆形扫描轨迹下,当扫描幅度小于0.5mm时对气孔没有抑制效果;当扫描幅度在0.5mm-1.0mm范围时,扫描频率与气孔率呈“U”型关系,其最优频率区间为20Hz-60Hz;当扫描幅度大于2.0mm时激光焊接模式为热导焊,焊缝中的气孔都将消失。综合考虑焊缝熔深、焊接飞溅和焊缝成形,圆形扫描轨迹的扫描激光-MAG复合焊接效果最优。通过同轴高速摄像系统研究扫描激光-MAG复合焊接过程中的小孔动态行为发现,与常规激光-MAG复合焊相比,扫描激光-MAG复合焊能够增大小孔的开口面积平均值,使其从1.2mm2增加到2.0mm2;采用数学统计方法对小孔面积实时波动情况进行研究发现,相对标准差比标准差更能反映小孔的稳定性,且与焊缝气孔率存在较好的对应关系,它也许可以作为表征焊缝气孔率的特征参数之一。围绕42CrMoA中碳调质钢内燃机活塞套实际产品的焊接裂纹问题,从材料化学成分、冶金性能和金相组织等方面进行了深入研究和分析,研究发现:42CrMoA的冷、热裂纹敏感性都很高,尤其处于调质态时焊接性更差,因此焊接过程中需要采取非常严格的工艺措施;针对对接板焊接中出现的纵向和横向裂纹,通过金相和断口分析确定它们为冷裂纹,由铁砧试验确定在100℃以上的预热温度可以防止该类裂纹形成;针对实际产品的环焊缝焊接中出现的裂纹,通过金相和断口分析确定为热裂纹中的结晶裂纹,其形成是由杂质元素偏聚和结构应力过大造成的。最后通过改进坡口形式和更换不同成分焊丝的方法,消除了42CrMoA中碳调质钢内燃机活塞套产品的焊缝裂纹,获得了满足设计要求的优良焊缝。