氢对高功率激光焊奥氏体不锈钢力学性能影响的研究

发布时间：2017-09-01 19:31

  本文关键词：氢对高功率激光焊奥氏体不锈钢力学性能影响的研究

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【摘要】：奥氏体不锈钢的耐蚀性比较好,同时还具有无磁性、较高的韧性和塑性等方面的优点,它被广泛应用到常压容器和生物理疗工程、化学工程等领域。这些年来,它的使用范围更加广泛,在航空航天、医疗器械、核电工业等方面的使用越来越多。奥氏体不锈钢的焊接方法比较多,但激光焊接具有传统焊接无法比拟的优点,可以有效降低焊接的缺陷。不锈钢厚板焊接工艺的研究就是在这样的背景下产生的。另外,由于厚板奥氏体不锈钢的应用环境非常恶劣,如海洋、太空、核电反应堆等特殊环境,可能使不锈钢厚板焊接件有氢脆倾向,因此探索氢对奥氏体不锈钢焊接接头力学性能的影响是很有意义的。本文简要介绍了激光焊接的原理,并对影响激光焊接工艺的参数进行分析与讨论。根据中厚板奥氏体不锈钢材料的一般物理特性,制定焊接10 mm 304奥氏体不锈钢的方案,探索使其熔透时所需的激光功率、焊接速度、离焦量等参数的范围。利用单因素试验方法对不锈钢试样进行激光单面焊,通过对焊缝熔透性与表面形貌的观察、焊缝硬度的测量、制作焊缝拉伸试样研究焊缝力学性能等问题的研究,得出当焊接工艺参数P=4.5 KW,v=4.5 mm/s,离焦量f为-2时,可以熔透10 mm厚的奥氏体不锈钢,得到良好的焊接接头。为研究氢对不锈钢焊接接头力学性能的影响,要对焊缝拉伸试样进行电化学充氢。由电化学充氢可知,充氢电流I的大小和充氢时间t的长短对拉伸试样的氢损程度有影响,探索拉伸试样氢损程度最严重时的充氢参数。拉伸试样的充氢电流I范围为0.1m A~0.5 m A,充氢时间t范围为24 h~120 h,充氢完毕后立即进行拉伸试验,观察拉伸试样断口位置与形态,讨论拉伸试样断裂方式,分析拉伸试样是否发生氢脆。经过一系列实验得出当拉伸试样在充氢电流为0.5 m A,充氢时间为120 h的条件下,不锈钢焊缝受到的氢损最严重,拉伸试样断在焊缝处。通过对拉伸试样断口位置及断口处组织成分的分析,得出焊缝和母材由于组织成分不同对氢的敏感性也不同及焊缝组织发生氢脆的机理。本文主要用到的实验仪器有金相显微镜、显微硬度仪、扫描电镜等,通过使用这些精密仪器可以观察奥氏体不锈钢厚板焊接接头的显微组织、硬度和力学性能及拉伸试样的断口特征等,再利用实验数据进行分析与讨论。
【关键词】：不锈钢 激光焊接 氢脆 电化学充氢 力学性能
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG456.7;TG407
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-30
• 1.1 引言12
• 1.2 不锈钢的简介12-15
• 1.2.1 不锈钢的分类13
• 1.2.2 不锈钢的应用现状13-14
• 1.2.3 不锈钢的焊接方法14-15
• 1.3 激光焊接定义及其研究现状15-20
• 1.3.1 激光焊接的特点16-17
• 1.3.2 激光焊接的工作原理17-19
• 1.3.3 激光焊接的影响参数19-20
• 1.4 不锈钢氢脆的研究现状20-28
• 1.4.1 氢脆的基本理论20-26
• 1.4.2 不锈钢氢脆事例26-27
• 1.4.3 不锈钢氢脆机理27-28
• 1.5 本文的研究思路及研究内容28-30
• 1.5.1 本文的研究思路28
• 1.5.2 本文的研究内容28-30
• 第二章 试验材料、设备及试验方案30-38
• 2.1 实验材料30
• 2.2 激光焊接设备30-32
• 2.2.1 激光器与焊接头31-32
• 2.2.2 气体保护装置32
• 2.3 充氢设备32-33
• 2.4 实验方案33-34
• 2.4.1 激光焊接工艺研究及其参数优化方案33
• 2.4.2 充氢参数研究33-34
• 2.4.3 拉伸试样力学性能与断口形貌分析34
• 2.5 质量检测及其设备34-38
• 2.5.1 制样34-35
• 2.5.2 显微组织检测35
• 2.5.3 硬度试验35-36
• 2.5.4 制作拉伸试样36-38
• 第三章 激光焊接不锈钢工艺参数及焊缝质量研究38-54
• 3.1 不锈钢激光焊接参数38-39
• 3.2 不锈钢激光焊接焊缝质量分析39-51
• 3.2.1 宏观质量39-42
• 3.2.2 显微观组织分析42-48
• 3.2.3 显微硬度48-51
• 3.3 焊接接头力学性能分析51-52
• 3.4 本章小结52-54
• 第四章 拉伸试样电化学充氢实验结果分析54-64
• 4.1 充氢拉伸试样的力学性能57-58
• 4.2 拉伸试样断口形貌58-60
• 4.3 拉伸试样脆断机理60-62
• 4.4 本章小结62-64
• 第五章 总结与展望64-66
• 5.1 主要结论64-65
• 5.2 后期研究展望65-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果70-71
• 致谢71-72

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本文编号：773997