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《华中科技大学》 2018年
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T2紫铜/304不锈钢异种合金激光自熔焊工艺研究

蔡远征  
【摘要】:随着全球工业不断发展,工程结构件的需求与要求也越来越高,单纯的同种合金焊接结构件已经不能满足工业生产的需要,异种合金焊接结构件已成为焊接发展的新趋势。铜钢异种合金复合构件不仅能结合铜、钢两种材料的优势,更能节省贵重金属降低生产成本。但是铜、钢两种材料的化学成分、热物理性能差别较大,特别容易形成气孔、裂纹等缺陷,因此异种合金焊接相比于同种材料更加复杂与困难。因此,获得成形良好、性能优良的铜钢异种合金焊接接头是推广铜钢异种合金复合构件的关键。本文首先进行了T2紫铜/304不锈钢异种合金激光焊接全因素实验探索,建立了焊接工艺窗口。详细研究了激光偏角、光斑位置、激光功率、焊接速度、离焦量与线能量对焊缝成形的影响,发现只有在激光偏角为-10°、光斑位置为0、激光功率大于2800W、离焦量在-4mm~+6mm的条件下保证线能量在75KJ/m~100KJ/m之间才能获得成形良好的焊接接头。并对焊接过程中熔池与小孔动态行为进行研究,发现焊接熔池与小孔在焊接过程中呈周期性震荡,焊接熔池中线会偏移到钢侧,小孔中线会偏移到铜侧。针对在焊缝接头钢侧热影响区内发现的铜渗透裂纹进行了分析研究,发现铜渗透裂纹在钢侧热影响区的形成形式为沿晶渗透,即在焊接热循环过程中在焊接热应力的作用下Cu元素沿着奥氏体晶界向钢侧母材方向渗透。钢侧热影响区内的铜渗透裂纹的形成经历了晶界液化、裂纹初期、裂纹生长以及晶间开裂四个阶段。而且线能量与离焦量对渗透裂纹的形成影响较大,随着线能量与离焦量的增大,钢侧热影响区内的铜渗透裂纹的裂纹总长、最长裂纹长度、最大液膜厚度以及最大液化晶界长度均呈上升趋势,在线能量为75KJ/m~100KJ/m、离焦量为零时可以获得裂纹长度与宽度最小的T2紫铜/304不锈钢异种合金焊接接头。针对T2紫铜/304不锈钢异种合金焊接接头组织及力学性能进行了测试,发现焊缝内部并不存在金属间化合物,只有Cu的ε相以及γ奥氏体。熔池流动搅拌作用下,促使Fe元素呈杂乱状分布在焊缝中,局部形成弥散分布或聚集分布的条状或块状组织。接头的力学性能较为优异,焊缝的平均硬度可达127.91HV,高于T2紫铜的硬度却低于304不锈钢的硬度,接头的室温抗拉强度为260.024MPa,高温抗拉强度为90.573MPa,接头断裂位置均出现在铜侧热影响区,焊缝的力学性能均接近铜板母材。因此在此次获得工艺窗口内可以得到性能优良的T2紫铜/304不锈钢异种合金复合构件。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TG456.7

【参考文献】
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