發(fā)布時(shí)間：2018-12-09 19:49

【摘要】：鉬鑭合金具有低膨脹系數(shù)、良好的導(dǎo)熱性能以及優(yōu)異的常溫高溫強(qiáng)度,使其在農(nóng)業(yè)、化工、冶金、電氣、環(huán)保、核電以及宇航等領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用廣泛。目前,與鋯合金相比,鉬合金具有更優(yōu)的物化性能,使用鉬合金代替鋯合金作為核電燃料棒外包殼材料可以規(guī)避鋯水反應(yīng),避免核泄漏,存在很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。采用TIG焊的方法焊接鉬、鈮、鋯等難熔活性金屬,可避免活性金屬受氣體雜質(zhì)污染,既降低了設(shè)備成本,對(duì)工件尺寸又沒(méi)有限制,而且明弧焊焊縫成形直觀可見(jiàn),焊接工藝參數(shù)便于調(diào)節(jié)。本文對(duì)鉬鑭合金板材搭接結(jié)構(gòu)及管材端塞結(jié)構(gòu)的TIG焊接工藝進(jìn)行了研究,對(duì)不同焊接工藝參數(shù)下的焊縫表面成形質(zhì)量及焊接接頭組織特征進(jìn)行了對(duì)比分析,得到了最佳的焊接參數(shù):對(duì)鉬板而言,焊接電流I=210A,焊接速度V=200mm/min;對(duì)鉬管而言,焊接電流I=120A,預(yù)熱電流I’=50A,添加脈沖輔助,焊接速度V=2.5mm/s;背部保護(hù)氣和充氬艙保護(hù)氣流量v=5L/min的氬氣,焊槍保護(hù)氣均為8L/min的氦氣與1L/min的氬氣混合而成的混合氣體,鎢極伸出長(zhǎng)度為5mm,距離工件2~3mm。對(duì)鉬板焊接接頭的組織特征進(jìn)行對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn),通過(guò)適當(dāng)增大電流的方式,可以改善焊縫中的氣孔及裂紋缺陷。當(dāng)電流較小時(shí),焊縫中存在較多沿熔合線分布的大氣孔,最大尺寸可達(dá)到708.23μm;采用中等電流時(shí),焊縫中大氣孔數(shù)量大大減少,尺寸也大幅縮小,最大尺寸為506μm,但焊縫中裂紋傾向偏重;當(dāng)電流較大時(shí),焊縫中大氣孔消失,但裂紋傾向較為嚴(yán)重,焊后殘余應(yīng)力較大,但通過(guò)焊前預(yù)熱的方式可以在很大程度上消除裂紋缺陷,從而達(dá)到表面成形良好、焊縫缺陷較少的焊接接頭。此時(shí),焊縫區(qū)組織可分為沿熔合線垂直方向生長(zhǎng)的柱狀晶以及分布在焊縫中心的等軸晶,等軸晶晶粒尺寸較為均勻,其平均大小約為50μm;熱影響區(qū)發(fā)生較大程度的重結(jié)晶變化,La2O3小顆粒發(fā)生聚集長(zhǎng)大。焊縫區(qū)的平均顯微硬度(165HV)要低于熱影響區(qū)的(190HV),同時(shí)焊接接頭的整體硬度變化較為波動(dòng)。對(duì)鉬管焊接接頭的組織特征及力學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn),添加脈沖輔助、焊前進(jìn)行預(yù)熱處理、適當(dāng)增加焊接電流可大大減少氣孔缺陷以及焊縫區(qū)和熱影響區(qū)的熱裂紋缺陷。力學(xué)性能較差的焊接接頭焊縫區(qū)及熱影響區(qū)中存在大量結(jié)晶裂紋、多邊化裂紋及液化裂紋,焊縫區(qū)和熱影響區(qū)組織均由溶解了較多的La2O3的深色ɑ-Mo基晶粒及含La2O3顆粒較少的淺色β-Mo基晶粒組成,La2O3顆粒彌散分布在焊縫區(qū)和熔合區(qū)中。焊接接頭最大抗拉強(qiáng)度可達(dá)到530MPa,為母材強(qiáng)度的80%,但表現(xiàn)出十分明顯的脆性,在斷口上發(fā)現(xiàn)了明顯的解理斷裂的特征,如滑移系和解理臺(tái)階。為提高鉬管焊接接頭的力學(xué)性能,對(duì)其進(jìn)行焊后真空熱處理,工藝參數(shù)為:升溫速率范圍為5~10℃/min,熱處理溫度為1200℃,保溫時(shí)間為30min,并采用爐冷方式防止鉬管氧化,冷卻速率范圍為2~30℃/min。焊縫中的裂紋缺陷消失,晶粒中組織分布更為均勻。熱影響區(qū)組織的纖維寬化現(xiàn)象明顯,晶粒之間存在許多細(xì)小的晶粒及部分亞晶粒,熱影響區(qū)與焊縫區(qū)發(fā)生了明顯的再結(jié)晶現(xiàn)象。鉬管在整體上表現(xiàn)出較為明顯的塑韌性,但也呈現(xiàn)出一定的脆性斷裂特征,抗拉強(qiáng)度可達(dá)到607.1MPa,為母材強(qiáng)度的90%。
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【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TG444.74
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本文編號(hào)：2369933