能量冶金联合调控的钢铌激光焊接工艺研究(附件)【字数：11340】
摘 要摘 要本文是关于添加铜填充层对钢/铌异种合金激光焊接接头性能影响的研究。研究中使用了金相显微镜、SEM、XRD等仪器对获得的焊接接头的宏观形貌、微观组织和相组成进行了观察和分析。并使用电子万能试验机对焊接接头的抗拉强度进行测量。研究结果表明，添加铜填充层的焊接接头中没有金属间化合物生成，比不添加填充层的钢/铌激光焊接获得的焊接接头更好；不添加填充层的钢/铌激光焊接接头的焊缝区域主要由奥氏体组成，焊缝中心组织为树枝晶。而添加了铜填充层的钢/铌激光焊接接头中的焊缝金属主要是铜基固溶体；不添加填充层的钢/铌激光焊接接头的抗拉强度为133MPa，其抗拉强度仅为304奥氏体不锈钢的24.6%。添加了铜填充层的钢/铌激光焊接接头的抗拉强度为250MPa，其抗拉强度是304不锈钢的46.3%，纯铜的64.6%，约为不添加填充层钢/铌激光焊接接头抗拉强度的两倍。同时，添加铜填充层比添加其他单一金属填充层和添加两种复合金属填充层的钢/铌激光焊接接头的抗拉强度都要高。关键词钢/铌异种合金；激光焊接；铜填充层
目录
第一章 绪 论 1
1.1 选题的背景和意义 1
1.2 不锈钢与铌的焊接性 1
1.2.1不锈钢与铌的物理性质分析 2
1.2.2 根据冶金学分析不锈钢与铌的焊接性 2
1.3 不锈钢与铌的焊接研究现状 4
1.3.1 熔化焊 4
1.3.2 钎焊 5
1.3.3 爆炸焊 6
1.3.4 熔钎焊 7
1.4 课题主要研究内容 8
第二章 实验材料、设备和方法 9
2.1 实验材料 9
2.2激光焊接设备 10
2.3 激光焊接试验 11
2.3.1焊前准备 11
2.3.2 焊接过程 11
2.4 分析测试方法 12
2.4.1 焊接接头拉伸试验 12
2.4.2 接头横截面微观组织分析 13
2.4.3 断口形貌分析 14
2.4.4 相组成分析 14
第三章 接头显微组织分析 15
3.1 激光焊接接头成 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
形外观形貌分析 15
3.2 接头横截面显微组织 16
3.2.1 接头横截面宏观形貌 16
3.2.2 接头横截面微观形貌 18
3.3 本章小结 22
第四章 接头力学性能分析 23
4.1 接头拉伸试验分析 23
4.2 添加铜填充层与添加其他金属填充层的抗拉强度分析 23
4.2.1添加其他单一金属填充层的抗拉强度对比与分析 23
4.2.2添加两种复合金属填充层的抗拉强度对比与分析 25
4.3 本章小结 25
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
第一章 绪 论
1.1 选题的背景和意义
随着现代工业科技的飞速发展，对所需零部件的性能要求也越高。对于单一材料而言，很难完美契合所需零部件对物理和使用性能的需求。而且有些材料价格太高，难以广泛的在工业中运用，所以构建合理的异种材料复合结构成了当今焊接研究的热点。
铌能吸收气体，可用作除臭剂，同时也是一种良好的超导体。因铌具有高熔点、高强度、耐热、中子俘获截面低、热传导性好等良好性能。铌作为铁基、镍基和锆基超级合金的添加剂，可提高基体的强度性能。同时，铌也可以作为反应堆的结构材料和核燃料的包套材料以及组成化合物超导材料等。所以在诸多现代高科技产业中都得到广泛应用。例如超导技术领域、航空航天领域和原子能工业领域等。
304不锈钢是以Cr、Ni为主要的合金元素的奥氏体不锈钢。本文研究所用的304不锈钢中铬含量为18%左右，镍含量为8%左右，也被称为188型奥氏体不锈钢。由于奥氏体不锈钢具有无磁性，良好的焊接性、产量大、抗腐蚀性能好和较好的力学性能等优点[1]。使其成为了使用范围最为广泛，型号最为全面的一种不锈钢，适用于制造要求耐腐蚀、抗氧化、耐高温和超低温的零部件和设备。
在一些情况下，将不锈钢与铌连接起来组成复合构件，可充分发挥出两者的优良性能，并且不锈钢与铌的复合焊接结构具有耐热高、重量轻等优点，使其在航空航天领域受到青睐。但是不锈钢与铌的焊接结构也存在一些问题，因为不锈钢与铌的焊接性存在着差异，在物理性能方面，不锈钢与铌的热导率、线膨胀系数、电导率、电磁率和熔点等性能不尽相同。在结晶化学性能方面，两者的焊接接头中极易生成脆性金属间化合物，这会提高焊接接头的硬度，降低焊接接头的塑性及韧性，从而导致焊接接头的力学性能变差。
激光焊接是以高能激光束作为热源的一种新型焊接方法。激光焊接与一般焊接方法相比焊接接头中的残余应力和变形小；可以焊接一般焊接方法难以焊接的材料，如高熔点金属等，甚至可用于非金属材料的焊接，如陶瓷、有机玻璃等[2]；焊接速度快，能量集中，焊接损耗小，可以提高生产效率。
1.2 不锈钢与铌的焊接性
焊接性是指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够焊接形成完整接头并满足预期使用条件的能力[1]。异种材料焊接因为兼容了异种材料的性能，使其有着更加广泛的应用。但是，由于不同的材料性能存在差异，也导致了异种材料焊接的困难性。异种材料的焊接性取决于两种材料的组织结构、物理化学性能等，两种材料的这些性能差异越大，焊接性越差[37]。所以要深度了解304不锈钢与铌的焊接性，从而获得性能良好的焊接接头。
1.2.1不锈钢与铌的物理性质分析
304不锈钢的主要成分是铁，图11为Fe与Nb的物理性能。
表11 Fe与Nb的物理性能
材料
密度
ρ/(gcm3)
熔点
Tm /℃
线膨胀系数
α/(106K1)
热导率
λ/( Wm1 K1)
沸点
Tk /℃
目录
第一章 绪 论 1
1.1 选题的背景和意义 1
1.2 不锈钢与铌的焊接性 1
1.2.1不锈钢与铌的物理性质分析 2
1.2.2 根据冶金学分析不锈钢与铌的焊接性 2
1.3 不锈钢与铌的焊接研究现状 4
1.3.1 熔化焊 4
1.3.2 钎焊 5
1.3.3 爆炸焊 6
1.3.4 熔钎焊 7
1.4 课题主要研究内容 8
第二章 实验材料、设备和方法 9
2.1 实验材料 9
2.2激光焊接设备 10
2.3 激光焊接试验 11
2.3.1焊前准备 11
2.3.2 焊接过程 11
2.4 分析测试方法 12
2.4.1 焊接接头拉伸试验 12
2.4.2 接头横截面微观组织分析 13
2.4.3 断口形貌分析 14
2.4.4 相组成分析 14
第三章 接头显微组织分析 15
3.1 激光焊接接头成 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
形外观形貌分析 15
3.2 接头横截面显微组织 16
3.2.1 接头横截面宏观形貌 16
3.2.2 接头横截面微观形貌 18
3.3 本章小结 22
第四章 接头力学性能分析 23
4.1 接头拉伸试验分析 23
4.2 添加铜填充层与添加其他金属填充层的抗拉强度分析 23
4.2.1添加其他单一金属填充层的抗拉强度对比与分析 23
4.2.2添加两种复合金属填充层的抗拉强度对比与分析 25
4.3 本章小结 25
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
第一章 绪 论
1.1 选题的背景和意义
随着现代工业科技的飞速发展，对所需零部件的性能要求也越高。对于单一材料而言，很难完美契合所需零部件对物理和使用性能的需求。而且有些材料价格太高，难以广泛的在工业中运用，所以构建合理的异种材料复合结构成了当今焊接研究的热点。
铌能吸收气体，可用作除臭剂，同时也是一种良好的超导体。因铌具有高熔点、高强度、耐热、中子俘获截面低、热传导性好等良好性能。铌作为铁基、镍基和锆基超级合金的添加剂，可提高基体的强度性能。同时，铌也可以作为反应堆的结构材料和核燃料的包套材料以及组成化合物超导材料等。所以在诸多现代高科技产业中都得到广泛应用。例如超导技术领域、航空航天领域和原子能工业领域等。
304不锈钢是以Cr、Ni为主要的合金元素的奥氏体不锈钢。本文研究所用的304不锈钢中铬含量为18%左右，镍含量为8%左右，也被称为188型奥氏体不锈钢。由于奥氏体不锈钢具有无磁性，良好的焊接性、产量大、抗腐蚀性能好和较好的力学性能等优点[1]。使其成为了使用范围最为广泛，型号最为全面的一种不锈钢，适用于制造要求耐腐蚀、抗氧化、耐高温和超低温的零部件和设备。
在一些情况下，将不锈钢与铌连接起来组成复合构件，可充分发挥出两者的优良性能，并且不锈钢与铌的复合焊接结构具有耐热高、重量轻等优点，使其在航空航天领域受到青睐。但是不锈钢与铌的焊接结构也存在一些问题，因为不锈钢与铌的焊接性存在着差异，在物理性能方面，不锈钢与铌的热导率、线膨胀系数、电导率、电磁率和熔点等性能不尽相同。在结晶化学性能方面，两者的焊接接头中极易生成脆性金属间化合物，这会提高焊接接头的硬度，降低焊接接头的塑性及韧性，从而导致焊接接头的力学性能变差。
激光焊接是以高能激光束作为热源的一种新型焊接方法。激光焊接与一般焊接方法相比焊接接头中的残余应力和变形小；可以焊接一般焊接方法难以焊接的材料，如高熔点金属等，甚至可用于非金属材料的焊接，如陶瓷、有机玻璃等[2]；焊接速度快，能量集中，焊接损耗小，可以提高生产效率。
1.2 不锈钢与铌的焊接性
焊接性是指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够焊接形成完整接头并满足预期使用条件的能力[1]。异种材料焊接因为兼容了异种材料的性能，使其有着更加广泛的应用。但是，由于不同的材料性能存在差异，也导致了异种材料焊接的困难性。异种材料的焊接性取决于两种材料的组织结构、物理化学性能等，两种材料的这些性能差异越大，焊接性越差[37]。所以要深度了解304不锈钢与铌的焊接性，从而获得性能良好的焊接接头。
1.2.1不锈钢与铌的物理性质分析
304不锈钢的主要成分是铁，图11为Fe与Nb的物理性能。
表11 Fe与Nb的物理性能
材料
密度
ρ/(gcm3)
熔点
Tm /℃
线膨胀系数
α/(106K1)
热导率
λ/( Wm1 K1)
沸点
Tk /℃
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/jscl/133.html
