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《苏州大学》 2018年
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冷轧钛/钢层状复合板激光焊接工艺与力学性能研究

郑祖山  
【摘要】:钛/钢层状复合板兼备两种金属材料的优点,节约钛及钛合金的使用,降低经济成本,被广泛地应用于航天航空、核电站、石油化工、海洋工程等领域。但是目前关于钛/钢层状复合薄板(0.5~4 mm)的焊接工艺还不成熟,极大地限制其应用范围。本文以2mm厚冷轧TA2工业纯钛(TA2)/409不锈钢(409SS)层状复合板为研究对象,对激光辐照TA2表面、409SS表面及409SS表面且添加Cu箔三种焊接接头进行研究,分析不同激光焊接工艺对焊接接头的焊接质量、宏观形貌、显微组织和力学性能的影响,可以得到以下结论:(1)当激光辐照TA2表面时,焊接接头的焊缝形貌呈“漏斗状”,焊后接头全部断裂,说明此条件下复合板的焊接性能极差;当激光辐照409SS表面以及添加Cu箔两种条件下,通过控制合适的热输入,可以获得无裂纹和少量气孔的焊接接头,表明复合板的焊接性能得到极大的改善,焊缝形貌由“漏斗状”逐渐转变成“沙漏状”。(2)当激光辐照TA2表面时,焊缝中主要的显微组织是Ti Fe2,也包括少量Ti Fe、Ti7Fe35Cr13和Fe-Cr SS(Solid solution,SS),大量的Ti-Fe金属间化合物和热应力严重地削弱焊接接头的力学性能。当激光辐照409SS表面时,在较小的热输入条件下,焊缝的显微组织主要是Fe-Cr SS,只存在极少量的Ti Fe2,金属间化合物的形成得到一定程度的抑制。但是随着热输入的增加,Ti-Fe金属间化合物逐渐增加,并出现局部聚集的现象,造成局部出现细小裂纹。当添加Cu箔时,在较小的热输入条件下,Ti-Fe金属间化合物的形成进一步得到抑制,焊缝区的显微组织主要是Fe-Cr SS和Cu SS,随着热输入的增加Cu SS逐渐减少,Ti Fe2含量逐渐增多。(3)三种焊接接头热影响区的显微硬度相差不大,其中409SS侧热影响区显微硬度180~260 HV,TA2侧热影响区显微硬度350~600 HV。激光辐照TA2表面焊接接头的平均显微硬度最高其值为985 HV,测量点的最大显微硬度达到1147 HV。当激光辐照409SS表面时,焊接接头的最小平均显微硬度为310 HV,而添加Cu箔的焊接接头焊缝区的最小平均显微硬度进一步降低,其值为290 HV,随着热输入增加,这两种焊接接头焊缝区的平均显微硬度逐渐增大。(4)三种焊接接头拉伸实验断裂的位置均在焊缝区,属于脆性断裂,其延伸率明显低于母材,其值均未超过5%。对于激光辐照TA2表面焊接接头焊后自然开裂,其抗拉强度为零;当激光辐照409SS表面时,焊接接头最高抗拉强度达到408 MPa,约为基材的77.6%;当添加Cu箔时,焊接接头最高抗拉强度达到465 MPa,约为基材的88.6%。通过对上述试验结论的分析,采用409SS作为焊接表面、添加Cu箔和控制较小的热输入是制备具有良好焊接质量和力学性能的TA2/409SS复合薄板焊接接头三个关键的因素。
【学位授予单位】:苏州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TG456.7

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