锆合金薄板光纤激光焊接工艺研究

发布时间：2019-03-16 09:51

【摘要】：锆合金因优异的核性能、力学性能及耐腐蚀性能,被广泛应用于核电工业。焊接是锆合金设备制造中必不可少的连接技术,但是激光焊接过程中,锆合金薄板对激光能量敏感性强,工艺参数的细微变化都会对焊接质量产生重要影响,300℃以上时,锆合金还易吸氢、氧、氮等气体杂质而急剧降低焊件力学性能,加强焊缝及热影响区的隔离保护和合理制定焊接工艺参数是获得优良焊接质量的关键。本文旨在探索一种锆合金新的焊接工艺,以实现锆合金优质焊接。针对脉冲激光焊与真空电子束焊的局限性,利用连续激光焊具有焊接变形小、焊接速度快及焊接密封性好等优点,提出一种锆合金光纤连续激光焊接工艺;以0.7mm厚Zr-Sn-Nb合金薄板作为研究对象,通过理论分析结合单因素法,确定焊接工艺参数范围,以此为基础,进行三因素五水平回归正交激光焊接试验;基于响应面法,研究激光焊接熔池形貌与工艺参数之间的关系,以焊缝横截面熔化区面积,分析激光焊接过程能量耦合行为,为激光焊接温度场数值模拟工艺参数制订及热源参数确定提供依据。采用ANSYS有限元软件,建立Zr-Sn-Nb合金薄板激光焊接三维瞬态非线性热传导模型,对焊接温度场分布进行数值模拟分析;充分考虑材料热物性参数的温度相关性,保护气体强制对流、相变潜热等因素影响;依据激光能量耦合规律,通过试错法调试激光耦合效率,将模拟熔池形状、尺寸与实际焊缝进行对比,在验证焊接模型和模拟方法可靠的基础上,通过温度分布云图、焊接热循环曲线的比较和分析,研究300℃以上区域温度场分布与焊接工艺参数之间的关系,得到优化焊接工艺参数及焊接需要保护区域的尺寸范围,并对仿真预测结果进行试验验证。研究结果可为侧吹保护装置的设计及焊接工艺的制定提供依据。利用金相显微镜与扫描电镜,观察焊件焊缝的金相组织、相组成及分布、晶粒尺寸及分布;利用显微硬度仪与电子万能实验机,测试焊件显微硬度及接头力学性能;发现焊缝内部没有裂纹、气孔等缺陷,焊缝相对于母材元素含量变化较小,晶粒尺寸范围略微扩大但并没有出现明显粗化,接头拉伸性能与母材相当,断裂位置位于母材;基于焊件外观形貌、微观组织和接头力学性能的分析与测试结果,表明本文探索的锆合金激光焊接工艺用于核电产业实际工况的可行性。
[Abstract]:Zirconium alloys are widely used in nuclear power industry because of their excellent nuclear properties, mechanical properties and corrosion resistance. Welding is an essential connection technology in the manufacture of zirconium alloy equipment, but in laser welding process, zirconium alloy sheet has strong sensitivity to laser energy, and the subtle changes of technological parameters will have an important effect on welding quality. When the temperature is above 300 鈩，

本文编号：2441149