银中间层对钢铌激光焊接头组织及性能的影响(附件)【字数：15410】
摘 要摘 要 由于钢/铌复合结构可以有效地提高发动机的工作温度，使发动机的重量减轻并使发动机有较高的推重比，所以其在航天领域的应用前景非常广阔。但是由于钢/铌复合结构在激光焊接过程中有大量Fe2Nb和Fe7Nb6等脆性金属间化合物产生，使焊接接头的塑性下降，韧性和强度也下降，并且增大了焊缝开裂的倾向，本论文研究的是采用激光焊接技术对钢与铌进行焊接，并将银作为过渡层实现304不锈钢和铌的良好连接。在实验过程中，为探究焊接工艺参数对钢/铌直接焊接焊缝成形的影响，分别选取焊接速度，偏束距离和激光功率三个工艺参数作为研究对象，采用控制变量方法进行实验。根据实验结果得出结论低焊速、偏钢侧焊接的方式可以提高接头强度而激光功率对接头强度的影响不大。然后对焊接接头的组织成分进行分析，钢/铌直接激光焊接接头焊缝区域主要是奥氏体晶粒，通过拉伸试验获得其最大抗拉强度是133MPa,强度较低。然后在钢板和铌板中间加入银片进行焊接，运用光学显微镜对钢/银/铌焊接接头进行宏观形貌和显微组织分析，利用SEM、XRD和能谱仪对接头的组织、相组成和成分进行分析，利用万能试验机进行抗拉强度实验，获取试样的抗拉强度。实验表明，采用银作为过渡层得到的焊缝成形美观，对其成分进行分析可得添加银过渡层后的焊缝区组织主要是银基固溶体，其抗拉强度可达198MPa，银过渡层明显提高焊缝的强度，改善焊接成形。关键词钢/铌；银过渡层；激光焊；金属间化合物
目录
第一章 绪 论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 钢与铌的焊接性 2
1.2.1 从物理性能角度分析不锈钢与铌的焊接性 2
1.2.2 从冶金学角度分析不锈钢与铌的焊接性 3
1.3?钢与铌的焊接研究现状 5
1.3.1 熔化焊焊接方法 5
1.3.2 钎焊焊接方法 6
1.3.3 熔钎焊焊接方法 7
1.3.4 爆炸焊焊接方法 8
1.4 课题研究内容 9
第二章 实验材料、设备和方法 10
2.1 实验材料 10
2.2 激光焊接设备介绍 11
2.3 激光焊接实验 12
2.3.1 焊前准备工作 12 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
2.3.2 进行施焊 12
2.4焊缝分析测试 13
2.4.1 接头拉伸试验 13
2.4.2 接头微观组织分析 14
2.4.3 接头断口形貌分析 15
2.4.4 接头相组成分析 15
第三章 焊接工艺参数对钢/铌激光焊接头性能的影响 16
3.1试验方法 17
3.2结果分析 18
3.2.1 焊接工艺参数对接头强度的影响规律 18
3.2.2接头组织分析 18
3.2.3对接头性能的影响机制 20
3.3本章小结 22
第四章 激光焊接接头组织分析 23
4.1 激光焊接头成形 23
4.2 接头显微组织分析 25
4.2.1 接头截面宏观形貌 25
4.2.2 接头截面微观形貌 27
4.3 本章小结 32
结论 34
致 谢 35
参考文献 36
第一章 绪 论
1.1 研究背景与意义
在现代高科技生产中，单一金属或合金的综合性能难以满足现在的发展需求，所以新材料及异种金属的连接成为当前材料连接领域的前沿和热点之一，异种金属复合结构可以综合二者的优点，使得材料的性能得到大幅提升。
304不锈钢是不锈钢中最为常见的一种钢材，是一种通用性的不锈钢，它的密度为7.93 g/cm3，专业人士也称其为188不锈钢。在304不锈钢的组成元素中，Ni、Cr是最重要的，两者相比，Ni元素的作用更重要，因为它直接决定了304不锈钢的抗腐蚀性能。304不锈钢具有良好的耐蚀性，耐热性，低温强度和机械性能，冲压和弯曲等热加工性好，同时具有良好的加工性能和可焊性，广泛地用于制作要求良好综合性能的设备和机件，钢与铌的冶金结合，可以将二者的优势结合，具有一定的经济效益[1,2]。
铌具有良好的超导性、熔点高、耐腐蚀、耐磨等特点，在钢铁、超导材料、航空航天、原子能等领域得到广泛的应用。铌的一些化合物和合金的超导转变温度比较高，可以用于制造各种工业超导体。航空航天产业是高纯铌的主要应用领域，由于其良好的热强性能、抗热性能和加工性能，主要用于生产火箭、飞船的发动机和耐热零件。世界约85％～90％的铌以铌铁形式用于钢铁生产，钢中只需加入0.03％～0.05％的铌便可使钢的屈服强度提升30％以上。铌还能通过诱导析出和控制冷却速度，实现析出物弥散分布，在较宽的范围内调控钢的韧性水平。因此，钢中加入铌不仅可以提高钢的强度，还可以提高钢的韧性、抗高温氧化性和耐蚀性，降低钢脆性转变温度，使钢具有良好的焊接性能和成形性能[1,2]。所以铌和不锈钢如何进行有效地结合，成为亟待解决的问题。
银的理化性质均不活泼，导热、导电性能很好，质软，富延展性，熔点比不锈钢和铌低很多。银在生活中除了装饰以外，在医学，工业等各个领域都得到广泛的应用，尤其是电子电器行业，银的用量非常大，由于其耐磨性和可靠性，包括各种自动化装置、飞机、船舰、电路控制板、核装置以及通信系统，所有这些设备中的大量的接触点都是用银制作的。银作为焊接材料，具备优良的工艺性能，熔点较低，流动性好，润湿性能好和较强的填满间隙的能力，并且强度高，塑性好，导电性和耐腐蚀性优良，焊接接头工艺性能高，所以将银作为过渡金属，可以有效地获得质量较高的焊缝。
钢/铌复合结构的应用范围逐渐增大，但是如何有效地控制钢铌金属间化合物的生成成为一大难题，目前爆炸焊、熔钎焊、钎焊等方法成为异种金属焊接的主要方法。但是爆炸焊无法避免接头形式受限的问题，而熔钎焊和钎焊的接头强度普遍偏低。激光焊具有热输入小、焊接能量高和加热位置精确可控等特点，是当前异种金属焊接的主要方法之一。激光焊可以实现钢与铌的焊接，但是层状IMC的生成显著降低接头强度。由此可见，采用激光作为热源，通过预置填充金属银对焊缝组织进行冶金调控，辅之以激光能量耦合控制，消除层状IMC，有望从根本上解决钢与铌的焊接难题。
1.2 钢与铌的焊接性
异种金属连接可以实现组织成分不同的多种金属在特定的焊接工艺条件下得到符合预期要求的焊缝，不锈钢和铌间的焊接就属于异种金属连接，金属的组织成分决定了材料的焊接性，组织成分差距越大，焊接性越差[37]，如何调节钢和铌的焊接性，得到满意的焊接接头，成为主要问题。
1.2.1 从物理性能角度分析不锈钢与铌的焊接性
表11 不锈钢与铌的的物理性能
材料
密度(gcm3)
线膨胀系数(106℃1)
熔点(℃)
目录
第一章 绪 论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 钢与铌的焊接性 2
1.2.1 从物理性能角度分析不锈钢与铌的焊接性 2
1.2.2 从冶金学角度分析不锈钢与铌的焊接性 3
1.3?钢与铌的焊接研究现状 5
1.3.1 熔化焊焊接方法 5
1.3.2 钎焊焊接方法 6
1.3.3 熔钎焊焊接方法 7
1.3.4 爆炸焊焊接方法 8
1.4 课题研究内容 9
第二章 实验材料、设备和方法 10
2.1 实验材料 10
2.2 激光焊接设备介绍 11
2.3 激光焊接实验 12
2.3.1 焊前准备工作 12 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
2.3.2 进行施焊 12
2.4焊缝分析测试 13
2.4.1 接头拉伸试验 13
2.4.2 接头微观组织分析 14
2.4.3 接头断口形貌分析 15
2.4.4 接头相组成分析 15
第三章 焊接工艺参数对钢/铌激光焊接头性能的影响 16
3.1试验方法 17
3.2结果分析 18
3.2.1 焊接工艺参数对接头强度的影响规律 18
3.2.2接头组织分析 18
3.2.3对接头性能的影响机制 20
3.3本章小结 22
第四章 激光焊接接头组织分析 23
4.1 激光焊接头成形 23
4.2 接头显微组织分析 25
4.2.1 接头截面宏观形貌 25
4.2.2 接头截面微观形貌 27
4.3 本章小结 32
结论 34
致 谢 35
参考文献 36
第一章 绪 论
1.1 研究背景与意义
在现代高科技生产中，单一金属或合金的综合性能难以满足现在的发展需求，所以新材料及异种金属的连接成为当前材料连接领域的前沿和热点之一，异种金属复合结构可以综合二者的优点，使得材料的性能得到大幅提升。
304不锈钢是不锈钢中最为常见的一种钢材，是一种通用性的不锈钢，它的密度为7.93 g/cm3，专业人士也称其为188不锈钢。在304不锈钢的组成元素中，Ni、Cr是最重要的，两者相比，Ni元素的作用更重要，因为它直接决定了304不锈钢的抗腐蚀性能。304不锈钢具有良好的耐蚀性，耐热性，低温强度和机械性能，冲压和弯曲等热加工性好，同时具有良好的加工性能和可焊性，广泛地用于制作要求良好综合性能的设备和机件，钢与铌的冶金结合，可以将二者的优势结合，具有一定的经济效益[1,2]。
铌具有良好的超导性、熔点高、耐腐蚀、耐磨等特点，在钢铁、超导材料、航空航天、原子能等领域得到广泛的应用。铌的一些化合物和合金的超导转变温度比较高，可以用于制造各种工业超导体。航空航天产业是高纯铌的主要应用领域，由于其良好的热强性能、抗热性能和加工性能，主要用于生产火箭、飞船的发动机和耐热零件。世界约85％～90％的铌以铌铁形式用于钢铁生产，钢中只需加入0.03％～0.05％的铌便可使钢的屈服强度提升30％以上。铌还能通过诱导析出和控制冷却速度，实现析出物弥散分布，在较宽的范围内调控钢的韧性水平。因此，钢中加入铌不仅可以提高钢的强度，还可以提高钢的韧性、抗高温氧化性和耐蚀性，降低钢脆性转变温度，使钢具有良好的焊接性能和成形性能[1,2]。所以铌和不锈钢如何进行有效地结合，成为亟待解决的问题。
银的理化性质均不活泼，导热、导电性能很好，质软，富延展性，熔点比不锈钢和铌低很多。银在生活中除了装饰以外，在医学，工业等各个领域都得到广泛的应用，尤其是电子电器行业，银的用量非常大，由于其耐磨性和可靠性，包括各种自动化装置、飞机、船舰、电路控制板、核装置以及通信系统，所有这些设备中的大量的接触点都是用银制作的。银作为焊接材料，具备优良的工艺性能，熔点较低，流动性好，润湿性能好和较强的填满间隙的能力，并且强度高，塑性好，导电性和耐腐蚀性优良，焊接接头工艺性能高，所以将银作为过渡金属，可以有效地获得质量较高的焊缝。
钢/铌复合结构的应用范围逐渐增大，但是如何有效地控制钢铌金属间化合物的生成成为一大难题，目前爆炸焊、熔钎焊、钎焊等方法成为异种金属焊接的主要方法。但是爆炸焊无法避免接头形式受限的问题，而熔钎焊和钎焊的接头强度普遍偏低。激光焊具有热输入小、焊接能量高和加热位置精确可控等特点，是当前异种金属焊接的主要方法之一。激光焊可以实现钢与铌的焊接，但是层状IMC的生成显著降低接头强度。由此可见，采用激光作为热源，通过预置填充金属银对焊缝组织进行冶金调控，辅之以激光能量耦合控制，消除层状IMC，有望从根本上解决钢与铌的焊接难题。
1.2 钢与铌的焊接性
异种金属连接可以实现组织成分不同的多种金属在特定的焊接工艺条件下得到符合预期要求的焊缝，不锈钢和铌间的焊接就属于异种金属连接，金属的组织成分决定了材料的焊接性，组织成分差距越大，焊接性越差[37]，如何调节钢和铌的焊接性，得到满意的焊接接头，成为主要问题。
1.2.1 从物理性能角度分析不锈钢与铌的焊接性
表11 不锈钢与铌的的物理性能
材料
密度(gcm3)
线膨胀系数(106℃1)
熔点(℃)
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/jscl/26.html
