收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

紫铜厚板GTAW热裂纹形成机理及抑制研究

李一楠  
【摘要】:热裂纹是紫铜厚大结构件GTAW时的主要缺陷之一,严重影响和制约紫铜构件的使用。本文首先在普洛霍洛夫热裂纹理论基础上完善了热裂纹形成的判据。建立了基于刚性拘束热裂纹试验的紫铜厚板GTAW接热力耦合有限元模型,从而对热裂纹形成的原因进行了分析及对采用不同合金焊材时焊缝金属的热裂纹倾向进行了预测。最后研究了气体保护焊时采用不同合金焊材对热裂倾向的影响。 首先通过紫铜厚板GTAW刚性拘束热裂纹有限元模型对紫铜焊接热裂纹的产生原因进行了分析。其原因是HS201焊缝金属在BTR内的抗拉强度小于焊接过程中母材对焊缝金属的拉伸应力,并且焊接时焊缝金属所发生的内部变形率将大于HS201焊缝金属在BTR内的延性,从而使焊缝金属的热裂倾向较大。当裂纹形成后,随着裂纹的扩展,由于毛细作用共晶液相向裂纹尖端聚集,在1066℃以下时在α-Cu晶界上形成固态(Cu2O+Cu)共晶组织。但是由于共晶组织抗变形能力较差,在两侧变形的α-Cu晶粒拉伸作用下被拉断,裂纹沿固态共晶组织内部继续扩展,最终形成焊接热裂纹。 通过紫铜GTAW刚性拘束热裂纹有限元模型对在焊材中添加Ti后的铜钛焊缝金属的热裂倾向进行了预测。研究表明,在焊材中添加脱氧元素Ti后,由于Ti对焊缝金属的强化作用,焊缝金属在BTR范围内的抗拉强度有所提高,大于在不预热焊接条件下母材对焊缝焊缝金属的拉伸应力,使得在焊接中焊缝不易变形,内部变形率小于焊缝金属的延性,因此热裂倾向显著降低。提出了Ti抑制熔池氧化的物理模型。研究了不同Ti含量的添加对热裂倾向的影响规律。Ti含量为2%时生成弥散分布的点状β-TiCu4包晶组织,从而有效抑制热裂纹的出现。当Ti含量增加到3%以上时,在α-Cu晶界上形成了连续分布的点划线状的TiCu2和β-TiCu4低熔共晶组织,使得焊缝金属的热裂倾向又有所提高。 为了在抑制热裂纹的基础上同时保证焊接接头的导电导热性能,提出了在焊材中添加元素Al的方法。首先通过紫铜GTAW刚性拘束热裂纹有限元模型对在焊材中添加Al后的铜铝焊缝金属的热裂倾向进行了预测。研究发现虽然Cu6Al焊缝金属在BTR内的抗拉强度与HS201相比没有得到提高,但是由于Al抑制了由于氧化而形成的裂纹源,使得焊缝金属的BTR延性得到改善,从而使焊接时焊缝金属的变形并未超过材料本身的延性,因此热裂倾向显著降低。研究了不同Al含量的添加对焊接热裂纹的影响规律。当焊材中Al含量超过7.4wt%,如S214和S215焊缝金属在凝固过程中在1036℃左右会形成(α+β)的低熔共晶组织,这种低熔共晶组织在晶界上形成液态薄膜,从而增大了焊缝金属热裂纹敏感倾向。当焊材中Al降到7.4wt%以下时,如采用Cu6Al焊材,焊缝均由α-Cu(Al)组织组成。焊缝金属凝固时由于固液区间较窄,且凝固过程无低熔共晶组织生成,因此焊缝金属的热裂纹向明显降低。 提出了利用焊材中的合金元素P来抑制紫铜厚板焊接热裂纹的方法。采用Cu-P合金进行低温GTAW能够抑制热裂纹的主要原因:一是脱氧元素P元素存在,可以抑制熔池的氧化,从而抑制由于氧化引起的裂纹源;二是降低母材进入熔池的温度,使得熔池凝固时避开了紫铜的BTR区间。建立了变温条件下,Cu-P和Cu-Ag合金与母材Cu反应的物理模型。模型揭示了母材铜在Cu-Ag、Cu-P液态合金中的反应速度是实现低温GTAW的主要原因。通过对物理模型的推导,得到Cu在Cu-Ag、Cu-P合金中的反应速度常数,并存在着如下关系:kCu-P (T)=10kCu-Ag (T)。说明P元素是实现低温GTAW工艺必不可少的元素。通过对焊缝的微观组织和力学性能测试可知,P元素的添加增大了焊缝硬度、降低韧性,影响焊件的应用。Ag元素的添加可以提高焊缝的韧性,降低硬度。因此采用Cu-P-Ag系钎料既实现了溶解钎焊工艺又可以获得较好性能的焊缝金属及接头。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 雷玉成,张成,程晓农,陈希章;基于遗传算法的模糊神经网络控制器在GTAW中的应用[J];焊接学报;2003年04期
2 赵海鸿;祁励春;;00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢焊接工艺研究[J];焊管;2008年01期
3 郁炜春;郁晓忠;;提高12Cr2MoWVTiB与12Cr1MoV异种钢焊缝金属冲击韧性的研究[J];电焊机;2010年02期
4 李迪,黄石生,宋永伦;基于神经网络的焊接过程建模及控制研究[J];广东工业大学学报;1995年S1期
5 高向东,黄石生,余英林;GTAW熔深神经网络-模糊控制技术的研究[J];焊接技术;1999年06期
6 高向东,黄石生,吴乃优;GTAW神经网络-模糊控制技术的研究[J];焊接学报;2000年01期
7 何德孚,曹志梁,蔡新强,周志江;不锈钢GTAW焊管生产中焊缝熔透易变性及其控制对策[J];焊管;2002年03期
8 吴毅雄,黄竖,赵颖;GTA电弧弧长自动稳定单片机控制系统[J];焊接学报;1995年01期
9 袁润,雷玉成;GTA电弧自动稳定控制器的研制[J];焊接;1999年03期
10 李亮玉,王燕;基于焊接温度场正面信息的熔透控制方法及验证[J];机械工程学报;2002年12期
11 沈鸿源;樊重建;林涛;陈善本;徐爱杰;;基于被动视觉的方波交流GTAW机器人焊缝跟踪[J];焊接;2007年11期
12 凌容;周维愚;;-40~-196℃低温钢焊缝金属抗断质量控制指标的确定[J];焊接;1979年06期
13 蒋成刚;氮在纯奥氏体焊缝组织中的作用[J];舰船科学技术;1980年03期
14 施定远,王永跃,陈岳森;GTAW保护气流特性的研究(二)——保护气流形态与焊缝金属含氮量关系的研究[J];北京工业大学学报;1983年04期
15 曹进茂;唐伯钢;张再范;;低氢高韧性YD504A焊剂的研制与应用[J];钢结构;1988年S1期
16 黄石生,高向东,俞时伟;一种智能型焊缝跟踪系统的研制[J];机械工程学报;1999年06期
17 曹爱国;舒建平;;Cu对9%Cr耐热钢焊缝微观组织的影响[J];焊管;2007年03期
18 田万鈺;;焊接接头的延迟裂缝[J];焊接;1974年03期
19 ;铁粉型铸鉄冷焊焊条试验研究[J];广东工业大学学报;1975年01期
20 田万钰;;焊接接头的高温裂缝[J];焊接;1978年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨建东;蔺树义;;药芯焊丝的研究与实践[A];第九次全国焊接会议论文集(第1册)[C];1999年
2 王英姝;徐温崇;;聚焦电子束μ-衍射及摇摆束μμ-衍射在焊缝金属中的应用[A];第五次全国电子显微学会议论文摘要集[C];1988年
3 赵朋成;武传松;张裕明;;GTAW焊接熔透熔池表面变形与熔透关系的数值分析[A];第十一次全国焊接会议论文集(第2册)[C];2005年
4 曹睿;张晓波;彭云;杜挽生;江峰;陈剑虹;;新一代980MPa高强钢焊缝金属的冲击韧性[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
5 吕志军;陆传航;王体刚;田雷;吕增;蔡新荣;;Inconel 625合金+低温碳钢的焊接工艺研究[A];第十三届中国科协年会第13分会场-海洋工程装备发展论坛论文集[C];2011年
6 杨三军;;管道对接熔敷焊缝金属质量的DB化管理[A];全国焊接工程创优活动经验交流会论文集[C];2011年
7 熊征;陈德斌;桂赤斌;;背面清根方式对CO_2气保护药芯焊丝焊缝金属冲击功的影响[A];第十次全国焊接会议论文集(第1册)[C];2001年
8 高庆;赵永翔;;基于有效短裂纹准则的疲劳理论研究[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
9 白杰;梁健;张亚军;张学明;;ZG0Cr13Ni5Mo钢及其焊接接头腐蚀环境下的疲劳裂纹扩展速率[A];第五届全国MTS材料试验学术会议论文集[C];2001年
10 王辉;;D型车弯角焊缝超声波探伤工艺的制定及缺陷波特征的分析[A];铁路货车制造工艺学术研讨会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李一楠;紫铜厚板GTAW热裂纹形成机理及抑制研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 李菊;钛合金低应力无变形焊接过程机理研究[D];北京工业大学;2004年
3 田越;500MPa级高性能钢(Q500qE)在铁路钢桥中的应用研究[D];中国铁道科学研究院;2010年
4 张德勤;微合金钢焊缝金属中针状铁素体形成机理的研究[D];天津大学;2000年
5 隋永莉;国产X80管线钢焊接技术研究[D];天津大学;2008年
6 李军;随焊旋转挤压控制铝合金薄板焊接应力变形及防热裂研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
7 赵旭东;铝/钢异种金属激光填充粉末熔钎焊接技术研究[D];北京工业大学;2012年
8 王少刚;颗粒增强铝基复合材料焊接工艺与机理研究[D];南京航空航天大学;2006年
9 周广涛;双向预置应力控制铝合金薄板焊接变形与热裂纹研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
10 徐达;外加电磁场控制焊接变形及冷裂纹研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 范玮;氧元素对紫铜厚板GTAW热裂纹影响的研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 彭超;铝合金GTAW背面熔宽实时检测与控制[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 许有肖;Mg/Al填丝GTAW焊接接头区组织性能研究[D];山东大学;2012年
4 陈波;GTAW焊接过程数据采集与系统控制器研制[D];上海交通大学;2007年
5 王欢;电弧焊熔透视觉传感检测方法研究[D];郑州大学;2012年
6 朱莎莎;980MPa高强钢焊接接头组织及性能研究[D];兰州理工大学;2010年
7 张美丽;厚壁压力容器焊接残余应力及变形的数值研究[D];西安理工大学;2010年
8 王大勇;传感器随动铝合金脉冲GTAW背面熔宽实时控制[D];哈尔滨工业大学;2011年
9 孙艳;焊缝金属损伤的演化规律[D];西安建筑科技大学;2005年
10 徐慧子;稀土Ce对大热输入埋弧焊焊缝金属显微组织与性能的影响[D];华中科技大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 湖南工学院 蒋冬青 湖南韶峰水泥集团有限公司 胡荣;MPS3750B型立磨安装时的焊接要领[N];中国建材报;2007年
2 记者 吴芳兰 编辑 邱江;输美紫铜管或被课重税 海亮股份“移师”越南基地[N];上海证券报;2010年
3 王彪;焊条抗拉强度为何比母材低[N];伊犁日报(汉);2007年
4 范尚荣;焊接应力对杆件影响的控制和消除[N];建筑时报;2006年
5 肖英龙;锅炉用耐热钢的发展动向[N];世界金属导报;2002年
6 莱芜市高级技工学校 马翠菊;新钢种及焊接性的发展[N];莱芜日报;2006年
7 杨华平 何慧勇;耐硫酸露点腐蚀用钢焊材及焊接工艺的开发和应用[N];中华建筑报;2006年
8 ;钢结构焊接技术发展趋势[N];世界金属导报;2008年
9 王石;我国紫铜管遭美反倾销[N];中国有色金属报;2009年
10 记者 张远平;三英焊业质保体系保质量[N];中国船舶报;2006年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978