激光填粉焊接生成Fe-Mn-Si记忆合金焊缝的力学行为研究
发布时间：2021-01-09 07:19
随着载运工具向轻量化、绿色化、高可靠性发展,新型激光填粉焊接技术广泛应用于连接载运工具机身及其零部件。本文以载运工具中常用的304不锈钢为焊接母材,通过激光填粉焊接工艺制备Fe-Mn-Si记忆合金焊缝,并对其力学行为进行了研究。揭示了Fe-Mn-Si记忆合金焊缝力学性能的改善机理,系统分析了焊缝的组织性能和力学性能,并进行了激光填粉焊接温度场和应力场的数值模拟。由激光填粉焊接单因素试验可知,随着激光线能量（激光功率/焊接速度）的增加,焊缝熔宽和Mn、Si亲氧性元素的烧损率增大。但当激光线能量过高时,粗大的焊缝晶粒将降低焊缝显微硬度和抗拉强度。同时过快的焊接速度会削弱焊接母材与粉末冶金结合强度,亦降低试样抗拉强度。通过正交试验,得到激光填粉焊接最优的工艺参数组合为激光功率2700 W、焊接速度160mm/min、离焦量+5 mm。该工艺条件下,焊缝成形质量好,焊缝区域与母材过渡平滑,无明显的余高,焊缝边缘到中心的组织依次为平面晶、胞状晶、树枝晶和等轴晶组织。根据有限制混料均匀设计方法,利用DPS数据处理系统进行Fe-Mn-Si记忆合金焊缝成分设计。得到Fe/Mn/Si/Cr/Ni混合粉末...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．丨焊接母材的坡口尺寸??Ｆｉｇ．?２．１?Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ?ｏｆ?ｗｅｌｄｉｎｇ?ｓｕｂｓｔｒａｔｅ??－１５－??
制成Ｆｅ／Ｍｎ／Ｓｉ／Ｃｒ／Ｎｉ混合粉末，球料比为１０：?１，球磨时间为４ｈ，转速为２５０ｒ／ｍｉｎ；??３）采用真空干燥箱去除粉末中水分，以防止焊缝夹杂气孔，干燥条件为１２０?°Ｃ?ｘ?２?ｈ。??由于国内外研究者常采用与母材质量分数一致的材料作为添加粉末，故本文对比材料采??用３０４不锈钢质量分数相同的粉末，对比研究和３０４不锈钢焊缝接头和Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ记忆??合金焊缝焊接接头的力学性能。经过相同的球磨工艺，由场发射扫描显微镜（ＳＥＭ）观??察得到球磨处理后的试验粉末和对比粉末如图２．２所示。??ｍｍ??（ａ）?Ｆｅ／Ｍｎ／Ｓｉ／Ｃｒ／Ｎｉ?ｍｉｘｅｄ?ｐｏｗｄｅｒ?（ｂ）?３０４?ｓｔａｉｎｌｅｓｓ?ｓｔｅｅｌ?ｐｏｗｄｅｒ??图２．２添加粉末的ＳＥＭ图像??Ｆｉｇ．?２．２?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｆｉｌｌｉｎｇ?ｐｏｗｄｅｒ??激光填粉焊接试验中，激光成套加工系统为ＤＬ－ＬＰＭ－Ｖ型５?ＫＷ的Ｃ０２激光加工??系统，如图２．３所示。ＤＬ－ＬＰＭ－Ｖ型激光器的主要参数如表２．２所示。??表２．２激光器主要参数??Ｔａｂ．?２．２?Ｍａｉｎ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｌａｓｅｒ?ｄｅｖｉｃｅ??Ｉｔｅｍ?Ｐａｒａｍｅｔｅｒ??Ｔｙｐｅ?ｏｆ?ｌａｓｅｒ?ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ?ＤＬ－ＬＰＭ－Ｖ??Ｍａｘｉｍｕｍ?ｌａｓｅｒ?ｐｏｗｅｒ?５?ＫＷ??Ｌａｓｅｒ?ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?１０．６?ｊｉｍ??Ｆｏｃａｌ?ｌｅｎｇｔｈ?３００?ｍｍ??Ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ?ｏｆ?ｌａｓｅｒ?ｐｏｗｅｒ?±３％??Ｔｙｐｅ?ｏｆ?ｌａｓｅｒ?Ｌｏｗ?ｏｒｄｅｒ?ｍｏｄｅ??－１６－??
抽至真空状态；２）充入特定比例的??Ｃ０２?（产生激光辐射的气体）、Ｎ２、Ａｒ?（辅助性气体）；３）当激光器箱体达到额定气压时，??激光晶格高压直流电激励工作气体产生；４）利用风压使激光横向流动，形成持续恒定??的辉光放电；５）激光经过光路系统传递到工作台加工试件。??Ｂ?ｒ??〇ｐｔｌｃａｉｓｙｓｔｅｍ?＇??汉阳大釔激光电ｔ设备ＫＷ?Ｉ??．（?ａ?—??１＇?ｍｍ?＾??＇?Ｃ?ｆ?Ｗａｔｅｒ?ｃｈｉｌｌｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ?Ｊ??＾?Ｉ??ｃｏｎｔｒｏｌ?方??图２．３?Ｃ０２激光加工系统??Ｆｉｇ．?２．３?Ｃ〇２?ｌａｓｅｒ?ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ??２．２激光填粉焊接的工艺参数分析及优化??２．２．１激光填粉焊接的工艺参数分析??激光填粉焊接工艺对焊接接头性能的影响显著，其中主要的焊接工艺包括：焊接速??度Ｖ、激光功率Ｐ和离焦量／｜１８１。为研究激光填粉焊接中各因素单独对焊接接头性能的??影响规律，本文根据前期经验，建立激光填粉焊接单因素试验的工艺参数如表２．４所示。??其中，试验组１＃？５＃，?６＃？１０＃，?１１＃？］５＃分别为焊接速度ｖ、激光功率Ｐ和离焦量／??三个工艺参数的单因素试验。??（１）焊接工艺参数对焊缝形貌的影响??激光填粉焊接后，采用数控电火花线切割机沿焊缝中心对称加工成长ｘ宽为２０??ｍｍ?ｘ?３?ｍｍ，高度为焊缝厚度的金属块。将试样放入酒精溶液中用超声波振动仪清洗１０??ｍｉｎ。为便于水磨、抛光及组织观察，并避免高温高压环境影响Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ记忆合金焊缝??组织，本试验的金相试样通过冷镶法制备。步骤如下：使用冷镶模具固定试样，按照２：??－１７－??
【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
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本文编号：2966212
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．丨焊接母材的坡口尺寸??Ｆｉｇ．?２．１?Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ?ｏｆ?ｗｅｌｄｉｎｇ?ｓｕｂｓｔｒａｔｅ??－１５－??
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抽至真空状态；２）充入特定比例的??Ｃ０２?（产生激光辐射的气体）、Ｎ２、Ａｒ?（辅助性气体）；３）当激光器箱体达到额定气压时，??激光晶格高压直流电激励工作气体产生；４）利用风压使激光横向流动，形成持续恒定??的辉光放电；５）激光经过光路系统传递到工作台加工试件。??Ｂ?ｒ??〇ｐｔｌｃａｉｓｙｓｔｅｍ?＇??汉阳大釔激光电ｔ设备ＫＷ?Ｉ??．（?ａ?—??１＇?ｍｍ?＾??＇?Ｃ?ｆ?Ｗａｔｅｒ?ｃｈｉｌｌｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ?Ｊ??＾?Ｉ??ｃｏｎｔｒｏｌ?方??图２．３?Ｃ０２激光加工系统??Ｆｉｇ．?２．３?Ｃ〇２?ｌａｓｅｒ?ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ??２．２激光填粉焊接的工艺参数分析及优化??２．２．１激光填粉焊接的工艺参数分析??激光填粉焊接工艺对焊接接头性能的影响显著，其中主要的焊接工艺包括：焊接速??度Ｖ、激光功率Ｐ和离焦量／｜１８１。为研究激光填粉焊接中各因素单独对焊接接头性能的??影响规律，本文根据前期经验，建立激光填粉焊接单因素试验的工艺参数如表２．４所示。??其中，试验组１＃？５＃，?６＃？１０＃，?１１＃？］５＃分别为焊接速度ｖ、激光功率Ｐ和离焦量／??三个工艺参数的单因素试验。??（１）焊接工艺参数对焊缝形貌的影响??激光填粉焊接后，采用数控电火花线切割机沿焊缝中心对称加工成长ｘ宽为２０??ｍｍ?ｘ?３?ｍｍ，高度为焊缝厚度的金属块。将试样放入酒精溶液中用超声波振动仪清洗１０??ｍｉｎ。为便于水磨、抛光及组织观察，并避免高温高压环境影响Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ记忆合金焊缝??组织，本试验的金相试样通过冷镶法制备。步骤如下：使用冷镶模具固定试样，按照２：??－１７－??
【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]激光填粉焊接熔池流动数值模拟[D]. 胡雪.哈尔滨工业大学 2016
[2]钛合金激光填粉焊接粉末烧损研究[D]. 李庆福.湖南大学 2015
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[8]铝合金激光焊接冶金研究[D]. 汪永阳.华中科技大学 2009
[9]镀锌板的激光填充粉末焊接[D]. 李明星.北京工业大学 2006
本文编号：2966212
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