钽与因瓦合金电子束焊接接头组织及工艺研究

摘要

在各类电子枪发射管构件中，由于工作环境特殊，需要用到难熔金属钽、钼、钨，以及作为结构材料的膨胀合金。在钽与因瓦合金异种材料的连接方法中，电子束焊接具有加热面积小，输入热量精确可控，焊接精度高，重复性好，真空保护效果好等优点，在难熔金属的焊接领域具有突出的优势。
　　本文对2mm厚的钽与4J34因瓦合金电子束焊接工艺进行研究。钽与因瓦合金理化性能差异较大，焊后通过试验发现接头的Ta侧界面是薄弱环节。为了深入探讨Ta侧界面组织及其对性能的影响，本文运用扩大矛盾法，采用大束流及偏Ta焊接的方法揭示有害组织对接头性能的影响。为了改善接头性能，通过偏 Invar合金焊接控制母材熔化进而避免有害组织的生成，起到一定效果。然而这种方法获得的接头组织不够均匀，性能不够稳定。本文继而通过夹中间层，控制有害相的生成，提高接头的综合性能。
　　从方法上，本文借助金相分析，断口金相综合分析技术，二次电子及背散射分析，能谱分析，XRD物相分析，XRD残余应力测量等试验手段；辅以MARC有限元模拟焊接温度场及应力场。
　　在对中、偏钽、过束流焊接界面有害相的研究分析中，发现接头强度较低受到两方面因素叠加的影响：(1) Ta侧界面处成分不均匀的富Ta组织内部存在大量裂纹及剥落（过束流及偏钽焊）；Ta侧界面产生脆性金属间化合物条带（对中焊）。(2)残余拉应力峰值在Ta侧界面附近产生。
　　在对偏因瓦合金焊接改善接头性能的试验中，发现通过偏束可以减少或者避免了有害相的生成。在Ta侧界面处生成一层胞状晶组织的接头性能优于脆性金属间化合物带的接头，同时优于Ta母材不熔化的熔钎焊接头。通过试验测量及模拟的方法均说明偏 Invar合金焊接可以降低焊缝及钽母材界面处的峰值拉应力，接头强度得以大幅度提高。
　　在对不同厚度夹 Cu焊接的结果分析表明，一定厚度的Cu可以阻止 Invar合金与Ta母材反应生成有害相，Ta侧参差不齐的界面有利于提高金属的拉伸性能。夹层焊接同样发现使得Ta母材熔化一定的量要优于完全不熔化的熔钎焊。

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第1章 绪 论

1.1课题背景研究意义

1.2钽/因瓦合金焊接性分析

1.3难熔金属与钢焊接研究现状

1.4本课题主要研究内容

第2章 试验材料、设备与方法

2.1试验材料

2.2焊接及分析测试设备与方法

2.3温度场与应力场数值模拟

第3章 钽/因瓦合金焊接的基础研究

3.1焊接热循环及焊缝成形

3.2焊缝组织分析

3.3界面组织分析

3.4焊接残余应力分析

3.5本章小结

第4章 钽/因瓦合金偏束焊接接头组织研究及性能优化

4.1偏Ta焊接综合分析

4.2大规范焊接接头组织分析

4.3偏Invar合金焊接接头组织及性能分析

4.4接头力学性能综合分析

4.5接头组织转变过程揭示

4.6偏Invar合金应力模拟

4.7残余应力的试验测量

4.8本章小结

第5章 添加夹层Cu对焊接接头组织及性能的影响

5.1中间层的选择

5.2 焊缝成形

5.3焊缝及界面组织分析

5.4焊接接头力学性能测试

5.5断口金相综合分析

5.6硬度分析

5.7 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢