钛合金与不锈钢电子束焊接工艺优化研究

发布时间：2017-04-27 12:15

  本文关键词：钛合金与不锈钢电子束焊接工艺优化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文对异种难焊材料钛合金与不锈钢进行了电子束焊接试验，研究了添加不同组元、不同接头形式和不同工艺参数对接头组织和性能的影响。基于添加复合填充层的钛合金与不锈钢电子束焊接过程有限元分析，对气孔、裂纹等焊接缺陷的产生和抑制方法进行了阐述，，并对焊接工艺进行了进一步的优化，最终获得了高强度和较好塑性的钛合金与不锈钢电子束焊接接头。 对于添加Cu、V组元的钛合金与不锈钢电子束焊接，设计了添加Cu/V复合填充层和添加QCr0.8过渡段两种接头形式。当添加形状优化的Cu/V填充层进行焊接时，可以有效地避免焊缝下表面出现未熔V层，但在两道焊缝界面处会生成σ-FeV，且焊缝中间存在未熔V层，接头平均抗拉强度为298.9MPa。当添加QCr0.8过渡段进行焊接试验时，接头呈现脆性断裂和塑性断裂两种断裂模式，过渡段尺寸、焊接顺序对接头强度和断裂类型产生明显影响。当过渡段尺寸X=1.5mm，并先进行QCr0.8/304SS的焊接时，接头平均抗拉强度可达338MPa。 当添加Cu、V、Cr组元进行钛合金与不锈钢电子束焊接时，单一的Cu-Cr合金层无法避免焊缝中TiFe、TiCr2等化合物的形成，接头强度较低。当添加Cu-Cr/V复合层并先进行V层焊接时，接头的组织结构为304SS/ss(Fe,Cr)/Cu(s,s)/V(s,s)/Cu(s,s)/ss(Ti,V)，接头平均抗拉强度可达419MPa。 基于添加复合填充层的钛合金与不锈钢电子束焊接过程有限元模拟结果，对焊接接头中的气孔、裂纹缺陷进行了解释。气孔产生的主要原因是母材与填充层直接存在间隙且冷却速度极快；裂纹的产生是由于焊缝中存在较大的残余应力。减少填充层与母材之间的间隙和采用三道焊与缓冷工艺可以有效减少或避免焊缝中的气孔、裂纹缺陷。当添加Cu9Cr/V复合层，并采用三道焊工艺时，接头平均抗拉强度可达459MPa，且接头具有较好的塑性。
【关键词】：钛合金 不锈钢 电子束焊接 填充层
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG456.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题背景9
• 1.2 钛与钢焊接性分析9-11
• 1.2.1 物理性能差异对焊接性的影响9-10
• 1.2.2 化学性能差异对焊接性的影响10-11
• 1.3 钛/钢焊接的国内外研究现状11-17
• 1.3.1 熔化焊11-14
• 1.3.2 压力焊14-16
• 1.3.3 钎焊16-17
• 1.4 论文的主要研究内容17-19
• 第2章 试验材料、设备及方法19-23
• 2.1 试验材料19
• 2.1.1 母材19
• 2.1.2 填充层材料19
• 2.2 试验设备19-20
• 2.3 试验过程20-21
• 2.3.1 焊接材料准备20
• 2.3.2 焊接工艺过程20-21
• 2.3.3 工艺参数21
• 2.4 焊接接头的分析测试21-23
• 2.4.1 显微组织分析21-22
• 2.4.2 力学性能分析22-23
• 第3章 添加Cu、V组元的钛/钢电子束焊工艺研究23-38
• 3.1 引言23
• 3.2 钛/钢电子束焊接V/Cu复合填充层的优化23-31
• 3.2.1 焊接接头的表面成形与组织分析23-26
• 3.2.2 焊接接头力学性能分析26-27
• 3.2.3 消除未熔V填充层的焊接工艺分析27-28
• 3.2.4 焊接接头形成过程分析28-31
• 3.3 添加QCr0.8 过渡段的TA15/304SS接头的组织与力学性能31-37
• 3.3.1 焊接接头的表面成形与组织分析31-35
• 3.3.2 焊接接头力学性能分析35-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 Cr组元对钛/钢电子束焊接接头的影响38-54
• 4.1 引言38
• 4.2 TA15/Cu2Cr/304SS接头的组织与力学性能38-42
• 4.2.1 Cu2Cr填充层的制备38
• 4.2.2 焊接接头的表面成形与组织分析38-40
• 4.2.3 焊接接头的力学性能分析40-42
• 4.3 TA15/V/Cu2Cr/304SS接头的组织与力学性能42-48
• 4.3.1 焊接接头的表面成形与组织分析42-46
• 4.3.2 焊接接头的力学性能分析46-48
• 4.4 工艺优化对焊接质量的影响48-53
• 4.4.1 焊接速度的影响48-51
• 4.4.2 填充层成分的影响51-52
• 4.4.3 焊接次序的影响52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第5章 添加复合填充层的钛/钢电子束焊接有限元分析及缺陷控制54-66
• 5.1 有限元模型的建立及求解54-57
• 5.1.1 焊接模型及有限元模型54-55
• 5.1.2 材料属性及边界条件的确定55-56
• 5.1.3 焊接热源模型的选择56-57
• 5.2 温度场及应力场分析57-59
• 5.2.1 温度场分析57-58
• 5.2.2 应力场分析58-59
• 5.3 温度场分布对焊接质量的影响59-62
• 5.3.1 第一道焊缝重熔与元素分布59-60
• 5.3.2 、气孔缺陷60-62
• 5.4 应力场分布对焊接质量的影响62-65
• 5.4.1 应力缓释62-64
• 5.4.2 裂纹缺陷的抑制64-65
• 5.5 本章小结65-66
• 结论66-67
• 参考文献67-73
• 致谢73

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