高純鈮-不銹鋼高真空電子束及包燒鍛復(fù)合連接工藝研究.pdf

1、在物理研究以及核技術(shù)領(lǐng)域,關(guān)于鈮合金與不銹鋼的焊接一直以來就是異種金屬焊接的難點(diǎn)問題。本文基于電子束焊接以及鍛造的理論,提出了通過電子束焊接+包燒鍛的復(fù)合連接工藝來實(shí)現(xiàn)不銹鋼與高純鈮的連接。利用電子束焊接過程中真空環(huán)境和電子束焊縫高純度的優(yōu)勢(shì),為后續(xù)包燒鍛工藝提供前期準(zhǔn)備,對(duì)于不銹鋼包套鈮這種特殊接頭形式的焊接接頭,鮮有報(bào)道。
　　利用MSC.MARC有限元分析軟件對(duì)不銹鋼包套高純鈮電子束焊接熱作用進(jìn)行有限元分析。建立了Φ90mm

2、×80mm三維有限元模型,利用高斯面熱源+旋轉(zhuǎn)拋物體熱源模型對(duì)電子束焊接過程的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬;焊縫具有明顯的深熔和釘尖形貌,且溫度場(chǎng)的分布情況符合電子束焊接的熔池特點(diǎn);比較模擬熔池和實(shí)際焊縫形貌,兩者整體形狀非常相近,熔深、熔寬誤差很小;利用直接耦合的方法計(jì)算焊接過程中的應(yīng)力及殘余應(yīng)力的分布狀態(tài),結(jié)果表明,在焊接過程中,近縫區(qū)殘余應(yīng)力主要表現(xiàn)為拉應(yīng)力,在焊接過程中可能會(huì)導(dǎo)致焊接變形開裂,焊后殘余應(yīng)力分布均勻不會(huì)開裂;在高純鈮

3、與不銹鋼的連接界面上主要為殘余壓應(yīng)力,基本保持不變;在軸向存在殘余壓應(yīng)力,焊接后軸向發(fā)生了收縮,為后續(xù)試驗(yàn)提供預(yù)緊力,有利于鈮與不銹鋼的緊密接觸。
　　研究不銹鋼與高純鈮在鍛造過程中的連接行為,在連接結(jié)合界面處有三層結(jié)構(gòu),隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng),接頭界面擴(kuò)散層逐漸增加;在靠近鈮的一側(cè)不銹鋼中的鐵、鉻鎳等元素向鈮擴(kuò)散,較多含量的鉻元素?cái)U(kuò)散到擴(kuò)散層中,鎳元素的含量不明顯;在不銹鋼一側(cè)反應(yīng)層Nb向不銹鋼中擴(kuò)散比較容易,附近擴(kuò)散層存在連接完好

4、的情況。
　　不同部位的不均勻變形符合鍛造工藝的基本規(guī)律,然而,在鍛造過程中連接接頭發(fā)生斷裂,分析表明壓縮量和應(yīng)變速率很大時(shí),擴(kuò)散層受到很大的應(yīng)變速率,來不及發(fā)生塑性變形,與兩側(cè)母材發(fā)生劇烈碰撞,晶界滑動(dòng)在相界交叉的地方受到阻隔,產(chǎn)生應(yīng)力集中,發(fā)生斷裂。
　　從本次試驗(yàn)以及經(jīng)驗(yàn)證明高純鈮/不銹鋼包燒鍛工藝在理論上是可行的,對(duì)于這種新的工藝方法需要更進(jìn)一步的探索,研究各種工藝參數(shù)對(duì)最終組織性能的影響,為以后的理論研究提供一定的