脉冲微束等离子弧焊超薄板对接接头微观组织的研究

发布时间：2017-09-30 14:12

  本文关键词：脉冲微束等离子弧焊超薄板对接接头微观组织的研究

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【摘要】：不锈钢薄板具有光洁的表面、耐蚀性强、无磁性和较高高温强度等特点。不锈钢薄板焊件在生物制药、医疗器械、微电子、精密仪器制造、核工业、航空航天等领域得到了广泛应用。而不锈钢薄板焊接时易产生烧穿和变形的缺陷,因此选择合适的焊接方法至关重要。脉冲微束等离子弧焊接方法具有热输入小,能量集中等优点,非常适合不锈钢薄板的焊接。由于脉冲电流焊接的复杂性,其焊接工艺参数颇多,如果仅仅靠焊接试验来选择优化焊接工艺,必将花费较多的人力和物力。因此,利用数值模拟技术,研究脉冲电流下的焊接热循环对焊缝成形以及焊接接头微观组织的影响具有重要的学术理论和工程实用的意义。本文设置84组脉冲电流参数,基于ANSYS FLUENT有限元软件对脉冲电流作用下的0.1mm厚的不锈钢焊缝中心的点的焊接热循环进行数值模拟。结果表明:脉冲电流下的焊接热循环具有动态的特征,焊缝中心上一个脉冲周期里的各个点的最高温度是不相同的,呈现出动态变化的趋势。加热速度和冷却速度并不是呈线性的变化,而是在加热和冷却过程中会出现短暂的降温和升温的过程;脉冲频率和基脉比对焊缝中心上的点的焊接热循环的最高温度和冷却速度产生一定的影响。运用84组脉冲电流参数,对0.1mm厚的SUS321不锈钢进行脉冲微束等离子弧焊焊接试验,共得出五种类型的焊缝成形。再根据模拟出的焊接热循环曲线对这五种焊缝成形的形成机理进行了研究。研究结果表明:脉冲电流参数的变化引起了焊接热循环特征参数的变化,而焊接热循环导致了焊缝呈现出不同的几何形状。对SUS321不锈钢超薄板的焊接接头的微观组织进行研究。对焊缝组织进行光镜、SEM和XRD试验,结果表明焊缝两侧为柱状晶,焊缝中心为等轴晶,焊缝中存在奥氏体和?铁素体两相,且?铁素体呈蠕虫状和骨骼状存在于奥氏体晶粒的晶界处。最后对五种焊缝成形的微观组织进行了研究,特别是脉冲电流参数对光滑连续焊缝的微观组织的影响的研究,研究表明:随着脉冲峰值电流的降低,焊缝熔池的宽度随之减小;焊缝两侧为柱状晶,焊缝中心为等轴晶;随着峰值电流的降低,焊缝中心的等轴晶越来越多,且越来越细小,而焊缝两侧的柱状晶越来越少,且晶粒取向越来越混乱。
【关键词】：脉冲电流 焊接热循环 焊缝成形 微观组织
【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】：2015
【分类号】：TG407;TG456.2
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 微束等离子弧焊工艺研究现状12-15
• 1.1.1 国内关于微束等离子弧焊的研究现状13-14
• 1.1.2 国外关于微束等离子弧焊的研究现状14-15
• 1.2 不锈钢超薄板焊接研究现状15-17
• 1.2.1 国内关于不锈钢超薄板焊接的研究现状15-16
• 1.2.2 国外关于不锈钢超薄板焊接的研究现状16-17
• 1.3 焊缝成形质量的控制的研究现状17-19
• 1.3.1 国内关于焊缝成形质量的控制的研究现状17-18
• 1.3.2 国外关于焊缝成形质量的控制的研究现状18-19
• 1.4 脉冲电流对微观组织的影响的研究现状19-21
• 1.4.1 国内关于脉冲电流对微观组织的影响的研究现状19-20
• 1.4.2 国外关于脉冲电流对微观组织的影响的研究现状20-21
• 1.5 研究内容和创新点21-23
• 第二章 脉冲电流下的动态焊接热循环的研究23-48
• 2.1 脉冲电流下的动态焊接热循环特征的研究23-39
• 2.1.1 脉冲电流及其参数变化的特征24-30
• 2.1.2 脉冲电流下的动态焊接热循环特征30-39
• 2.2 脉冲电流对焊接热循环参数的影响的机理的研究39-47
• 2.2.1 脉冲电流对焊接热循环的最高温度的影响的机理的研究39-43
• 2.2.2 脉冲电流对焊接热循环的冷却速度8/5t的影响的机理的研究43-47
• 2.3 本章小结47-48
• 第三章 脉冲微束等离子弧焊超薄板焊缝成形的研究48-67
• 3.1 脉冲微束等离子弧焊超薄板的五种焊缝成形48-51
• 3.2 脉冲微束等离子弧焊超薄板五种焊缝形态的形成机理的研究51-60
• 3.2.1 熔池不连续焊缝形态的形成机理的研究52-54
• 3.2.2 熔池连续但焊缝宽度不一致的焊缝形态的形成机理的研究54-56
• 3.2.3 熔池重熔的焊缝形态的形成机理的研究56-58
• 3.2.4 呈鱼鳞纹的焊缝形态的形成机理的研究58-59
• 3.2.5 光滑连续焊缝形态下的形成机理的研究59-60
• 3.3 脉冲电流参数变化对焊缝形状的影响的研究60-63
• 3.4 脉冲动态焊接热循环与焊缝成形的耦合的研究63-65
• 3.5 本章小结65-67
• 第四章 脉冲电流下的焊接接头微观组织的研究67-84
• 4.1 脉冲微束等离子弧焊SUS321 不锈钢焊缝的微观组织分析67-72
• 4.2 脉冲微束等离子弧焊SUS321 不锈钢热影响区和熔合区的研究72-74
• 4.3 五种焊缝形态的焊缝微观组织的研究74-82
• 4.3.1 熔池不连续焊缝形态的焊缝微观组织的研究74-75
• 4.3.2 熔池连续但焊缝宽度不一致的焊缝形态的微观组织的研究75-76
• 4.3.3 熔池重熔的焊缝形态的焊缝微观组织的研究76-77
• 4.3.4 呈鱼鳞纹的焊缝形态的焊缝微观组织的研究77-78
• 4.3.5 光滑连续焊缝的微观组织的研究78-82
• 4.4 脉冲电流细化焊缝组织的机理的分析82-83
• 4.5 本章小结83-84
• 第五章 总结与展望84-86
• 参考文献86-91
• 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91-92
• 致谢92-93

【参考文献】

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本文编号：948638