氧化物弥散强化(ODS)合金MGH956电弧焊和超声电弧焊接熔化行为的研究

摘要

MGH956合金是一种国产先进的铁基耐高温合金——氧化物弥散强化(ODS)合金,其采用了纳米尺寸的氧化物质点对基体进行强化,所以具有良好的高温力学性能、高温抗氧化性能、高温抗腐蚀性能等特点,并应用于航空航天和能源等领域。
　　 焊接技术是ODS合金走向应用的关键技术之一。本论文采用超声TIG电弧熔化焊和超声等离子弧焊对ODS合金MGH956进行焊接,研究了焊缝中气孔的形成机理、分布、焊接工艺参数对气孔形成倾向的影响以及焊接接头的微观组织和力学性能,同时也对ODS合金的超声电弧等离子焊和TIG焊焊缝组织和性能以及电弧形态和焊接电信号进行初步的分析。
　　 通过对不同热输入量条件下MGH956合金的TIG焊的研究,发现焊缝组织出现明显的粗化,焊缝中的弥散氧化物发生团聚,并残留焊缝中或上浮到焊缝表面,热影响区组织和氧化物颗粒没有发生明显粗化,焊缝硬度较母材相比明显降低。此外,MGH956合金TIG焊缝的气孔产生与母材本身的制造工艺、氧化物颗粒和焊缝组织有关。焊缝气孔有在焊缝熔合线附近聚集的倾向,这是由熔池温度分布和各部位的组织结构特点共同作用形成的。调整焊接参数会影响焊缝气孔量的变化,在保证焊缝被熔透的情况下,应尽量降低热输入量:减少熔池的高温停留时问,如小电流、快速度和适合的脉冲频率在一定程度上减少气孔量。
　　 通过对超声电弧TIG焊和等离子焊电弧和电信号的研究,可以看出超声频率对电弧尺寸具有非线性的影响:超声电弧等离子焊接中的电弧宽度和面积比无超声的等离子焊接大,均出现了明显的扩展;在超声电弧TIG焊接中,超声频率为20KHz,50KHz,60KHz电弧出现了明显的收缩,而超声频率为30KHz,电弧出现了扩展,这主要跟电弧等离子体特性有关。无超声电弧焊接电流与超声电弧焊接的电流无明显变化;超声电弧TIG焊接电弧电压没有发生明显的变化,在超声频率为60KHz时,等离子焊接电流波形出现较大的振荡,但是在超声电弧等离子焊接中,电弧电压均出现2V左右的下降。
　　 通过对超声电弧TIG焊和等离子焊MGH956合金焊缝的研究,可以看出TIG焊缝熔池尺寸的变化与电弧尺寸的变化保持一致,这与电弧、超声在熔池内的作用有关;等离子焊缝尺寸与电弧中高速等离子体传热有关。施加功率为600W超声电弧TIG焊和等离子焊对消除焊缝气孔作用有限,主要是与超声电弧在熔池中的各种效应和超声功率较低有关。由于超声功率较低、TIG焊电弧无较强压缩和铁素体极易受热粗大,所以超声电弧TIG焊ODS合金焊缝没有出现细化,而超声频率为60KHz的超声电弧等离子焊焊缝组织出现细化,这是由于超声电弧的“选择性”和超声在熔池中空化作用和对熔池扰动。此外,较强的电弧压缩在一定程度上能提高超声对焊缝熔池的作用效果。