高純鈮-不銹鋼高真空電子束及包燒鍛復合連接工藝研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、在物理研究以及核技術領域,關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+包燒鍛的復合連接工藝來實現(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,為后續(xù)包燒鍛工藝提供前期準備,對于不銹鋼包套鈮這種特殊接頭形式的焊接接頭,鮮有報道。
  利用MSC.MARC有限元分析軟件對不銹鋼包套高純鈮電子束焊接熱作用進行有限元分析。建立了Φ90mm

2、×80mm三維有限元模型,利用高斯面熱源+旋轉拋物體熱源模型對電子束焊接過程的溫度場和應力場進行數(shù)值模擬;焊縫具有明顯的深熔和釘尖形貌,且溫度場的分布情況符合電子束焊接的熔池特點;比較模擬熔池和實際焊縫形貌,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算焊接過程中的應力及殘余應力的分布狀態(tài),結果表明,在焊接過程中,近縫區(qū)殘余應力主要表現(xiàn)為拉應力,在焊接過程中可能會導致焊接變形開裂,焊后殘余應力分布均勻不會開裂;在高純鈮

3、與不銹鋼的連接界面上主要為殘余壓應力,基本保持不變;在軸向存在殘余壓應力,焊接后軸向發(fā)生了收縮,為后續(xù)試驗提供預緊力,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,在連接結合界面處有三層結構,隨著保溫時間的延長,接頭界面擴散層逐漸增加;在靠近鈮的一側不銹鋼中的鐵、鉻鎳等元素向鈮擴散,較多含量的鉻元素擴散到擴散層中,鎳元素的含量不明顯;在不銹鋼一側反應層Nb向不銹鋼中擴散比較容易,附近擴散層存在連接完好

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變速率很大時,擴散層受到很大的應變速率,來不及發(fā)生塑性變形,與兩側母材發(fā)生劇烈碰撞,晶界滑動在相界交叉的地方受到阻隔,產(chǎn)生應力集中,發(fā)生斷裂。
  從本次試驗以及經(jīng)驗證明高純鈮/不銹鋼包燒鍛工藝在理論上是可行的,對于這種新的工藝方法需要更進一步的探索,研究各種工藝參數(shù)對最終組織性能的影響,為以后的理論研究提供一定的

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