【摘要】：磁場輔助激光-MIG復合焊接結合了激光能量密度高、電弧橋接能力好及磁場能調控微觀組織的優(yōu)點,相比電弧焊接,可以提高焊接速度;相比激光焊接,可以改善橋接能力并調控焊縫微觀組織。但是目前國內外關于磁場輔助激光-MIG復合焊接對焊縫微觀組織及性能影響的研究極少。本文針對SUS316L不銹鋼,采用磁場輔助激光-MIG復合焊接的方法,開展了如下研究:首先對焊縫微觀組織進行表征,結合熔池上表面形態(tài)及焊縫截面形貌的分析,研究了磁場輔助激光-MIG復合焊接對焊縫微觀組織的影響;然后對焊縫腐蝕疲勞裂紋萌生壽命和裂紋擴展速率進行測試,對裂紋萌生源、裂紋擴展路徑及裂紋尖端進行分析,研究了微觀組織與腐蝕疲勞性能的關聯關系;最后,研究了該焊接方法對焊縫腐蝕疲勞性能的調控機制。研究過程中取得了如下成果:(1)發(fā)現了在16 mT-24 mT外加磁場作用下,焊縫內鐵素體含量減少,且呈骨架狀形態(tài)的現象;結合熔池上表面形態(tài)及焊縫截面形貌分析,外加磁場通過與電弧電流及感生電流的交互作用,促進熔池在16 mT-24 mT磁場作用下沿長度及寬度方向發(fā)生擴張,即產生了“磁致熔池擴張效應”;磁場對激光-MIG復合焊接熔池的影響會延長316L高溫鐵素體向奧氏體相變持續(xù)時間,即促進δ-γ相變過程,從而減少焊縫內鐵素體含量,即“磁致316L焊縫δ-γ相變增強”。(2)發(fā)現了在24 mT外加磁場作用下,焊縫內晶粒取向多樣化現象,且骨架狀鐵素體與奧氏體呈非K-S取向關系;分析了凝固前沿液態(tài)金屬流動狀態(tài),外加磁場通過與電弧電流、感生電流及熱電流的交互作用,在熔池凝固前沿液態(tài)金屬內產生擾動并加速液態(tài)金屬的流動,即產生了“磁致凝固前沿熱電磁效應”;磁場對激光-MIG復合焊接熔池凝固前沿液態(tài)金屬流動的影響會改變凝固前沿最大溫度梯度(?T_(ma) _x)方向并減小溫度梯度,減弱晶粒沿著100//?T_(ma) _x方向快速生長趨勢,促進316L焊縫內晶粒取向多樣化,即“磁致316L焊縫晶粒取向多樣化”。(3)建立了晶粒取向與腐蝕疲勞裂紋萌生的關聯關系:(1)基于316L塑性變形過程中雙系滑移最易發(fā)生滑移的晶面為{100},磁場輔助激光-MIG復合焊接減少了焊縫內沿100方向定向生長的晶粒,從而抑制局部滑移帶開裂;(2)發(fā)現了316L焊縫內鐵素體取向分布對局部腐蝕的影響規(guī)律,即鐵素體取向多樣化促進Cr元素分布均勻,提高焊縫表面電勢均勻性,減少局部腐蝕,抑制腐蝕疲勞裂紋源形成;(1)(2)協同作用,抑制了腐蝕疲勞裂紋萌生。(4)建立了鐵素體相與腐蝕疲勞裂紋擴展速率的關聯關系:(1)基于316L焊縫內鐵素體對奧氏體的“盾化效應”,磁場輔助激光-MIG復合焊接減少焊縫內鐵素體,從而減弱鐵素體對奧氏體的“盾化效應”,促進焊縫在腐蝕疲勞裂紋擴展過程中裂紋尖端奧氏體發(fā)生形變誘導馬氏體相變的過程,利用相變過程的體積膨脹效應,對裂紋施加壓應力,減小裂紋尖端張開位移,與此同時相變過程消耗能量;(2)發(fā)現了鐵素體相與奧氏體相的取向關系對裂紋擴展路徑的影響規(guī)律,即非K-S取向關系的δ/γ兩相具有半共格界面,相比于K-S取向關系的δ/γ兩相的共格界面,兩相界面能增加,阻礙位錯運動,促進裂紋擴展路徑偏折;(1)(2)協同作用,降低了腐蝕疲勞裂紋擴展速率。以磁場輔助激光-MIG復合焊接的“磁致316L焊縫δ-γ相變增強”與“磁致316L焊縫晶粒取向多樣化”機制為依據,改善了焊縫物相組成并提高了組織均勻性,實現了激光-MIG復合焊接焊縫腐蝕疲勞性能的提升。磁場強度最佳區(qū)間為16 mT-24 mT,焊縫晶粒弱取向減少19%,焊縫內鐵素體含量減少66%,在空氣中的裂紋萌生壽命延長62.2%,在模擬海水服役環(huán)境(3.5%NaCl溶液)中的裂紋萌生壽命延長10%;在空氣中的裂紋擴展速率降低33%,在模擬海水服役環(huán)境(3.5%NaCl溶液)中的裂紋擴展速率降低20%。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG441.7

【參考文獻】

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本文編號：2675825