激光焊条件下WC晶粒长大及接头组织性能研究

发布时间：2017-09-10 15:55

  本文关键词：激光焊条件下WC晶粒长大及接头组织性能研究

  更多相关文章： WC-20Co 激光焊 η相 微观组织 NGG

【摘要】：采用IPG-YLS-5000W掺镱多模光纤激光器作为热源,进行硬质合金WC-20Co与45#钢的焊接。焊接过程中采用氩气作为保护气体,气体流量控制在20~25L/min之间。采用光镜、扫描电镜、XRD和四点弯曲试验等分析研究焊接接头的焊缝成形、组织分布及其力学性能,进而分析在接头中有害复合碳化物(η相)及碳化钨颗粒异常长大的形成因素。结果表明:选择合适的工艺参数,可以获得WC-20Co与45#钢成形良好的激光焊接接头。对于无填充材料的焊件当激光功率为3.5kW,扫描速度为0.012m/s时;激光功率为4kW,扫描速度为0.016m/s时均可以获得最佳接头。以因瓦合金作为中间层的焊件,焊接接头的成形整体较好,但是从综合力学性能来看,当焊接线能量控制在125J/mm~170J/mm,激光功率控制在2kW~3kW时可以获得成形良好外观无缺陷的焊接接头。焊接性研究表明:接头中存在的主要缺陷是裂纹与气孔,裂纹主要集中在硬质合金/焊缝界面位置,生长方向分为由界面位置向焊缝扩展和由界面位置向硬质合金母材方向扩展,裂纹有冷裂纹和热裂纹两种情况,在较高的线能量条件下出现较多的是沿晶断裂,属于热裂纹,在较低的线能量条件下,出现较多的是穿晶断裂,扩展到整个截面,外形呈宽度均匀细长的直线或折线状,属于冷裂纹。此外接头中还有脆性η相Co2W4C、Fe3W3C(M6C)、M12C复合碳化物出现,易于引起应力集中及微裂纹,增加焊接接头脆性。腐蚀试验结果表明:WC-20Co硬质合金与45#钢焊接接头在HNO3、H2O2和村上试剂中的腐蚀速度不一样,在5%HNO3中的腐蚀速度最快,被腐蚀的主要是45#钢;在5%H2O2中的腐蚀速度次之,被腐蚀的主要是复合碳化物MxC和WC;在20%村上试剂中的腐蚀速度最慢,被腐蚀的主要是复合碳化物MxC。硬质合金/焊缝界面位置WC有熔化、聚集长大等存在状态,其中危害最大的是碳化钨的晶粒长大(Normal Grain Growth,NGG)现象,它容易引起应力集中和断裂。这种NGG行为可以用LSW理论解释,激光作用下,小颗粒碳化钨溶解到因瓦合金熔池(液相)或钢中,进而在大颗粒碳化钨表面析出。在激光作用下,细小颗粒碳化钨或大颗粒碳化钨又可以通过液相迁移、聚集不断长大。长大的过程中碳化钨颗粒沿着某一个晶面定向长大,并且小颗粒依附于大颗粒,在这种溶解-迁移的过程中,就出现了异常长大(Abnormal Grain Growth,AGG)行为。弯曲试验及断口EDS点分析结果表明:断裂位置较多集中在硬质合金侧的焊缝位置,即沿硬质合金/焊缝界面的熔合线位置断裂,微观组织中有穿晶裂纹和沿晶裂纹两种形式。
【关键词】：WC-20Co 激光焊 η相 微观组织 NGG
【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
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 硬质合金概述12-18
• 1.1.1 硬质合金的分类及发展趋势13-17
• 1.1.2 硬质合金的性能17-18
• 1.2 硬质合金/钢的焊接性及存在的主要问题18-19
• 1.3 硬质合金/钢焊接的国内外研究现状19-25
• 1.3.1 钎焊19-20
• 1.3.2 扩散焊20-21
• 1.3.3 TIG焊21-22
• 1.3.4 摩擦焊22-23
• 1.3.5 电子束焊23-24
• 1.3.6 激光焊24-25
• 1.4 课题研究的主要内容及意义25-26
• 第二章 试验材料与试验方法26-30
• 2.1 试验材料26
• 2.2 试验设备与方法26-28
• 2.2.1 焊接设备26-27
• 2.2.2 试验方法27-28
• 2.2.3 WC-20Co与 45~#钢的激光焊接28
• 2.3 焊接接头成形分析28
• 2.4 焊接接头的显微组织结构和成分分析28-29
• 2.5 焊接接头的性能测试29-30
• 第三章 焊接接头的成形分析30-41
• 3.1 硬质合金与钢焊接接头的成形分析30-36
• 3.1.1 激光焊接速度对焊接接头宏观成形的影响32-33
• 3.1.2 激光焊接功率对焊接接头宏观成形的影响33-34
• 3.1.3 WC-20Co/INVAR/45~#钢的焊接性分析34-35
• 3.1.4 WC-20Co/45~#钢的焊接性分析35-36
• 3.2 焊缝成形及相关分析36-39
• 3.3 焊接接头成形分析小结39-41
• 第四章 焊接接头微观组织及物相分析41-60
• 4.1 WC-20Co/INVAR/45~#钢接头激光焊微观组织41-50
• 4.1.1 焊缝中间位置组织分析41-46
• 4.1.2 焊缝界面位置组织分析46-50
• 4.2 WC-20Co/45~#钢焊接接头微观组织分析50-51
• 4.3 WC-20Co/INVAR/45~#钢激光焊焊接接头微区成分分析51-53
• 4.4 焊接接头的腐蚀形貌53-56
• 4.5 物相分析56-58
• 4.6 本章小结58-60
• 第五章 焊接接头性能及成分分析60-74
• 5.1 弯曲试验60-65
• 5.2 断口分析65-70
• 5.2.1 WC-20Co/INVAR/45~#钢的断口分析65-69
• 5.2.2 WC-20Co/45~#钢的断口分析69-70
• 5.3 断口EDS分析70-72
• 5.4 本章小结72-74
• 第六章 总结与展望74-77
• 6.1 总结74-75
• 6.2 展望75-77
• 参考文献77-81
• 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81-82
• 致谢82-83

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张罡,李建军,丁春辉;20g钢对接焊接接头循环应力-应变的特性[J];焊接学报;2001年02期

2 ;焊接接头的强度[J];机械制造文摘(焊接分册);2003年05期

3 张敏,丁方,许德胜,程祖海;焊接接头断裂准则工程化应用方法[J];焊接学报;2004年01期

4 ;焊接接头的强度[J];机械制造文摘(焊接分册);2004年03期

5 张敏,马博,周永欣;焊接接头断裂抵抗力工程估计方法的数值研究[J];焊接学报;2005年01期

6 张敏;丁方;程祖海;;非均质焊接接头界面裂纹断裂表征参量的分析[J];机械强度;2006年02期

7 宗培;曹雷;邵国良;彭飞;;低强匹配焊接接头特征及界定方法[J];机械强度;2006年03期

8 申春梅;;φ16×48链条焊接接头拉开原因分析[J];科技信息(科学教研);2007年22期

9 李红宝;;内伸入式接管焊接接头应力的有限元分析[J];中国化工装备;2010年02期

10 ;图表2-10 受弯曲作用的焊接接头A[J];石油化工设备简讯;1975年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 段权;;压力容器用16MnR钢焊接接头疲劳裂纹扩展规律的研究[A];疲劳与断裂2000——第十届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2000年

2 张京海;方大鹏;;高强钢低匹配焊接接头实用性研究[A];第十五次全国焊接学术会议论文集[C];2010年

3 刘俊;;焊接接头微型剪切试验[A];中国工程物理研究院科技年报（1998）[C];1998年

4 张建强;郭立峰;杜学铭;姜剑宁;王承权;;不同应力状态下单面焊接接头的断裂特性研究[A];第九次全国焊接会议论文集（第2册）[C];1999年

5 荆洪阳;霍立兴;张玉凤;;焊接接头脆性断裂的局部法研究[A];第九次全国焊接会议论文集（第2册）[C];1999年

6 张建勋;李继红;裴怡;;焊接接头损伤条件下的断裂力学参量数值研究[A];第十一次全国焊接会议论文集（第2册）[C];2005年

7 贾汝唐;;提高焊接接头疲劳可靠性的工艺探讨[A];铁路货车制造工艺学术研讨会论文集[C];2007年

8 孔祥峰;邹妍;王伟;张婧;;水下焊接接头腐蚀行为研究[A];中国腐蚀电化学及测试方法专业委员会2012学术年会论文集[C];2012年

9 周继云;桂春;唐毅;;非均质焊接接头中的断裂力学参数计算研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

10 王元良;周友龙;陈辉;;微合金化钢及其焊接接头强韧性控制[A];第十五次全国焊接学术会议论文集[C];2010年

中国重要报纸全文数据库 前5条

1 唐佩绵;厚钢板特性对T型焊接接头止裂性的影响[N];世界金属导报;2014年

2 张作贵 摘译;优化产品性能 更好满足用户要求[N];中国冶金报;2008年

3 廖建国;新日铁开发出LNG罐用超级9%Ni钢板[N];世界金属导报;2006年

4 本版编辑 记者 魏敬民 子舒;为海洋钢结构增加安全砝码[N];中国船舶报;2008年

5 唐佩绵;住友金属耐疲劳焊接结构钢的开发[N];世界金属导报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 范文学;焊接接头振动疲劳的数值模拟[D];内蒙古工业大学;2014年

2 王佳杰;低匹配焊接接头弯曲等承载设计及随焊整形[D];哈尔滨工业大学;2015年

3 舒凤远;厚板铝合金弧焊焊接接头组织及应力演变研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

4 凌X;基于三材料模型的含HAZ裂纹非匹配焊接接头的断裂评定方法[D];华东理工大学;2015年

5 杨景强;双相不锈钢焊接接头腐蚀与断裂性能研究[D];华东理工大学;2015年

6 马丽莉;孪晶诱发塑性（TWIP）钢激光焊接接头的组织与性能研究[D];太原理工大学;2015年

7 秦华;BWELDY960Q钢焊接接头力学性能及组织演变机理研究[D];沈阳工业大学;2015年

8 蔡淑娟;双孔微剪切法评定焊接接头局部力学性能[D];兰州理工大学;2016年

9 乔及森;车用铝合金焊接接头及基本单元件的大变形力学行为研究[D];兰州理工大学;2007年

10 金成;空间热循环下承载铝合金焊接接头损伤机理与数值模型[D];哈尔滨工业大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 郝谦;低合金钢焊接接头损伤机理和损伤演变的研究[D];北京工业大学;2001年

2 马博;含缺陷焊接接头完整性评定工程方法及其辅助评定系统设计[D];西安理工大学;2004年

3 隋志强;E36-RCW耐蚀钢焊接接头力学性能和耐蚀性的研究[D];昆明理工大学;2015年

4 朱井军;锌锅焊接接头在450°C铁饱和锌浴中长期浸泡下的腐蚀行为研究[D];华南理工大学;2015年

5 李艳芳;含孔洞缺陷铝合金焊接接头电磁热强化研究[D];燕山大学;2015年

6 胡新阳;HG785D钢焊接接头的疲劳性能研究[D];长安大学;2015年

7 滕诚信;低碳钢焊接接头表面冲击摩擦改性[D];山东建筑大学;2015年

8 于岩;构架转向架用Q345E低合金钢及其接头热矫正性能研究[D];大连交通大学;2015年

9 杨兆华;双相钢与奥氏体不锈钢激光焊接接头组织性能研究[D];苏州大学;2015年

10 李洁瑶;超超临界锅炉管用钢焊接接头蠕变性能研究[D];西安工业大学;2015年

，

本文编号：825215