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活性剂对Inconel 601镍基高温合金焊接接头性能的影响

郝剑  
【摘要】:Inconel 601合金是一种具有代表性的镍基高温合金,高温抗氧化性是其突出特点,在1200℃的温度范围内均具有出色的抗氧化性。作为一种耐热和耐腐蚀应用的通用工程材料,该合金被广泛地应用于航空喷气发动机、多用途高温气炉、发动机叶片及燃烧管等结构的制造。 Inconel 601合金具有良好的焊接性能,但由于其表面张力大,熔池液态金属的流动性能较差,获得的焊缝熔深较浅,在同等的TIG焊工艺参数下熔深不足碳钢的1/2。因此,本文通过选用合适的活性剂,利用A-TIG焊的方法改善熔池液态金属的流动性能以增加其焊缝熔深,大大提高了焊接效率。 本文采用一种新的试验方法—响应面法(RSM)对活性剂焊接工艺进行了参数优化,综合考虑A-TIG焊中焊速、焊接电流、电弧长度对熔深、熔宽和深宽比的影响。通过模型显著性检验和拟合不足检验计算出各个响应的拟合公式,并利用Design Expert获得了目标响应的最优参数值—115A, 171mm/min, 1mm。为了研究活性剂对熔池表面张力的影响,本文采用熔池谐振法对熔池液态金属的表面张力进行了测量,利用脉冲电流激发熔池的谐振,通过对电弧电压的检测确定熔池谐振谐振信号,测得熔池谐振的尺寸最终计算出熔池液态金属的表面张力。此外,本文还通过力学性能试验研究了活性剂对焊接接头力学性能的影响。 研究结果表明:响应面法可以准确、快速、直观地对活性焊工艺参数进行优化。与普通TIG焊相比,涂敷活性剂的A-TIG可以明显降低焊接熔池液态金属的表面张力,改善熔池流动性能,增加焊缝熔深。活性剂的加入对焊缝的弯曲性能和成分组成几乎没有影响。但是活性焊接头的硬度值要高于普通TIG焊的硬度值,这主要与活性剂的加入减小焊缝和焊接热影响区有关。A-TIG焊与普通TIG焊的焊接接头断裂形式有所不同,活性剂的加入使得“冰糖”沿晶脆性断裂变为“等轴韧窝”型韧性断裂,焊接接头的拉伸性能得到了明显的提高,这主要与活性剂减小焊缝和热影响区尺寸,改善熔池的表面张力有关。 通过本文的研究,证明活性焊可以明显增加Inconel 601合金的熔深,这主要与活性剂降低熔池液态金属的表面张力有关,而且活性剂的加入不但没有改变焊接接头的力学性能还使得拉伸性能得到一定的提升,达到了试验的预期目标。


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