高氮钢电子束焊接工艺及组织性能研究

摘要

随着高氮钢在工程材料领域的应用越来越多，高氮钢的焊接性能方面存在的问题日益突出。本文针对高氮钢传统焊接方法获得的接头氮逸出严重、气孔、裂纹等焊接缺陷多，强度低等问题,创新使用了电子束焊接的方法对高氮钢板进行电子束焊接，采用合理的电子束焊接工艺，获得了缺陷少、强度高的焊接接头。
　　在焊接工艺试验中，针对薄板焊接易产生的应力变形问题，设计制作了电子束焊专用工艺装备，保证焊接工件的焊后尺寸。同时，采用不同的电子束焊接工艺参数，分析不同焊接工艺对高氮钢电子束焊接接头成型性能和力学性能的影响规律，根据焊接结果对焊接工艺参数进行优化。对焊后接头进行X射线探伤和机械性能测试，高氮钢电子束焊明显减少了高氮钢传统焊接中常见的缺陷，接头强度达到母材强度的92.7％。通过显微硬度、显微金相、元素含量检测、XRD、SEM等手段，分析焊接接头的力学性能和组织特征，发现高氮钢电子束焊接接头氮逸失较少，焊缝氮含量为0.64％，焊缝接头热影响区很窄，软化区小，焊缝组织为单相奥氏体组织，在焊缝及热影响区均未发现氮化物析出和σ-铁素体析出。
　　在高氮钢同种材料电子束焊接的基础，初步研究了高氮钢和装甲钢异种材料中厚板电子束焊接性能，与高氮钢同种材料焊接相比，异种材料焊接的接头成型性能较差，焊接过程飞溅严重，焊缝区由两种材料混合成分组成为枝晶以及低熔点相和夹杂物，装甲钢侧焊缝相对于母材有所硬化，高氮钢侧焊缝硬度有所软化。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 前言

1．2 高氮钢的研究现状

1．2．1 高氮钢的冶炼

1．2．2 高氮钢的力学性能

1．2．3 高氮钢的耐腐蚀性能

1．2．4 高氮钢的焊接性

1．3 高氮钢常用焊接方法

1．3．1 激光焊

1．3．2 MIG焊

1．3．3 TIG焊

1．3．4 其他焊接方法

1．4 电子束焊接技术介绍

1．4．1 电子束焊接的原理

1．4．2 电子束焊接的特点

1．4．3 影响电子束焊接的工艺参数

1．5 课题的主要研究内容

2 试验材料、设备及方法

2．1 试验材料

2．2 试验设备

2．3 电子束焊机夹具设计

2．4 焊接工艺试验过程

2．5 试样微观分析与力学性能测试

2．5．1 接头微观分析

2．5．2 拉伸性能测试

2．5．3 X射线探伤

2．5．4 接头显微硬度测试

2．6 本章小结

3 高氮钢电子束焊接工艺试验研究

3．1 聚焦电流的影响

3．2 焊接速度的影响

3．2．1 焊接速度对焊接接头宏观形貌的影响

3．2．1 焊接速度对焊接接头拉伸性能的影响

3．3 电子束流的影响

3．3．1 束流对焊接接头宏观形貌的影响

3．3．1 束流对接头拉伸性能的影响

3．4 本章小结

4 高氮钢电子束焊接接头组织特征与力学性能分析

4．1 焊缝显微硬度试验

4．2 焊缝金相组织

4．3 焊缝成分与组织关系分析

4．3．1 不锈钢焊缝成分与凝固模式关系

4．3．2 高氮不锈钢焊缝成分与凝固模式关系

4．3．3 高氮钢焊缝元素成分检测分析

4．3．4 焊缝相成分分析

4．4 焊接接头缺陷分析

4．4．1 X射线探伤

4．4．2 微观裂纹分析

4．5 拉伸断口分析

4．6 本章小结

5 高氮钢与装甲钢异种材料电子束焊接研究

5．1 高氮钢与装甲钢电子束对焊工艺参数与焊缝成形关系分析

5．1．1 电子束束流与焊缝成形关系分析

5．1．3 电子束焦点位置与焊缝成形关系分析

5．2 母材及焊缝微观组织特征分析

5．2．1 装甲钢及其热影响区显微组织

5．2．2 高氮钢与装甲钢对焊焊缝区显微组织

5．3 焊接接头显微硬度

5．4 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况

攻读硕士学位期间参加的科学研究情况

攻读硕士学位期间学术成果获奖情况