核電的發(fā)展和利用能夠解決全球能源緊缺的問題,而核聚變具有的資源無限、不產(chǎn)生核廢料等優(yōu)點(diǎn)使其成為解決能源危機(jī)的希望。厚板316 LN不銹鋼作為核聚變堆設(shè)備關(guān)鍵用材,受到了廣泛關(guān)注。316 LN不銹鋼總體焊接性能良好,但仍存在焊接接頭易發(fā)生晶間腐蝕、脆化、熱裂紋、表面氧化和應(yīng)力腐蝕等問題,控制厚板焊接時(shí)的熱輸入是解決該問題的關(guān)鍵。為了解決該問題,本課題組自主設(shè)計(jì)新型非軸對(duì)稱旋轉(zhuǎn)鎢極窄間隙GTAW焊接設(shè)備,鎢極的非軸對(duì)稱尖端與內(nèi)置的電機(jī)相連,通過外置的電機(jī)控制箱控制其轉(zhuǎn)速。鎢極的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)具有一定挺度的電弧進(jìn)行旋轉(zhuǎn),電弧在窄間隙坡口中的周期性轉(zhuǎn)動(dòng)使得窄間隙底部和側(cè)壁交替受熱熔化,解決了窄間隙焊接的側(cè)壁未熔合問題。搭建了視覺采集和電信號(hào)采集系統(tǒng),對(duì)旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙焊接過程中物理過程和電信號(hào)進(jìn)行采集和分析。隨著電弧轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的提高,熔滴過渡頻率加快。由于電弧的周期性轉(zhuǎn)動(dòng),使焊絲不均勻受熱,只有電弧旋轉(zhuǎn)到焊絲端時(shí),焊絲熔化,發(fā)生物質(zhì)傳遞過程。電弧的轉(zhuǎn)動(dòng),對(duì)熔滴過渡過程施加外加的機(jī)械力,使熔滴擺動(dòng)劇烈,利于擺脫焊絲端部對(duì)熔滴的表面張力,加快熔滴過渡行為。非軸對(duì)稱尖端的形狀可明顯改變旋轉(zhuǎn)電弧的形態(tài),通過對(duì)尖端添加一個(gè)平臺(tái),可以有效的約束起弧位置,防止電流的增大造成弧柱截面積過度長(zhǎng)大。采用高速攝像系統(tǒng)對(duì)熔池中的示蹤粒子行為進(jìn)行了可視化檢測(cè)。示蹤粒子在熔池中不同時(shí)刻的位置可以清晰地反映液態(tài)金屬的流動(dòng)行為;與傳統(tǒng)靜止鎢極焊接相比,在非軸對(duì)稱旋轉(zhuǎn)鎢極的影響下,熔池表面的液態(tài)金屬層波動(dòng)劇烈。熔池流動(dòng)和形態(tài)變化的主要原因是旋轉(zhuǎn)電弧的機(jī)械外力和熔池旋轉(zhuǎn)引起的慣性離心力。熔池內(nèi)形成高速的流動(dòng)湍流,加速了傳熱傳質(zhì)。電弧的周期性旋轉(zhuǎn)可以明顯改善熔池的流動(dòng)方式,擴(kuò)大了平板熔池的邊緣,增大熔池面積,在熔池邊緣的渦流增強(qiáng)了對(duì)側(cè)壁的沖刷,促進(jìn)了窄間隙的側(cè)壁熔合。對(duì)316 LN不銹鋼進(jìn)行窄間隙焊接實(shí)驗(yàn),對(duì)焊接參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化后,打底焊、填充焊和蓋面焊的熱輸入分別為9.9KJ/cm、14.2KJ/cm和11.4KJ/cm,熱輸入量大幅度降低。對(duì)焊縫區(qū)、母材區(qū)和熱影響區(qū)進(jìn)行XRD測(cè)試,其相組成不變,分別對(duì)三個(gè)區(qū)域進(jìn)行EBSD測(cè)試,其相分布發(fā)生一定變化但是相含量基本一致。采用優(yōu)化后的參數(shù)進(jìn)行焊接,對(duì)整個(gè)焊接件進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試,機(jī)械性能優(yōu)良。對(duì)焊縫區(qū)、母材區(qū)和熱影響區(qū)采用DL-EPR進(jìn)行晶間腐蝕性能測(cè)試,焊縫區(qū)的耐蝕性遠(yuǎn)高于母材和熱影響區(qū),而熱影響區(qū)的耐蝕性略低于母材且相差不大。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：TM623;TG457.11
【部分圖文】：

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文??丨圓??圖１－２?（ａ）?Ａ?－?ＧＴＡＷ和（ｂ）?ＭＰ－ＧＴＡＷ焊縫金屬在焊接狀態(tài)下的微觀組織［１８］??Ｆｉｇ．?１－２?ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?（ａ）?Ａ－ＧＴＡＷ?ａｎｄ?（ｂ）?ＭＰ－ＧＴＡＷ?ｗｅｌｄ?ｍｅｔａＵ１８＾??Ｘｉｎ等人通過電化學(xué)動(dòng)電位再活化法，研究了焊接接頭和焊后熱處理??（ＰＷＨＴ）的３１６?ＬＮ不銹鋼的點(diǎn)蝕和晶間腐蝕。所有試件都表現(xiàn)出良好的??耐點(diǎn)蝕性能，ＰＷＨＴ的接頭的枝晶尺寸明顯增大，導(dǎo)致耐晶間腐蝕能力下降??［１９］。王東東等人通過不同電流對(duì)３１６ＬＮ不銹鋼進(jìn)行焊接，測(cè)試不同焊接熱??輸入下的焊接接頭的抗晶間腐蝕性能。根據(jù)晶間腐蝕速率得到，隨著焊接熱??輸入量的增加，焊接接頭的晶間腐蝕越嚴(yán)重［２（）］。對(duì)３１６１＾不銹鋼進(jìn)行固溶??處理，并對(duì)處理完的試樣進(jìn)行敏化處理，測(cè)試不同保溫時(shí)間和固溶溫度下的??３１６?ＬＮ不銹鋼的晶間腐蝕性能。當(dāng)試樣的保溫時(shí)間過短，隨著固溶溫度的??升高腐蝕速率而減緩。此時(shí)氮元素和組織分布均勻，溫度升高耐蝕性增強(qiáng)［２１］。??根據(jù)目前的研究現(xiàn)狀，３１６?ＬＮ不銹鋼具有良好的焊接性、耐蝕性能良??好和不易發(fā)生相變等優(yōu)勢(shì)，但是由于其本身的特性，對(duì)于３１６?ＬＮ不銹鋼的??焊接存在諸多問題。ＧＴＡＷ技術(shù)對(duì)于３１６ＬＮ不銹鋼的焊接可以得到完整美??觀且力學(xué)性能優(yōu)良的焊縫；熱輸入量對(duì)于３１６ＬＮ不銹鋼焊接接頭抗腐蝕性、??抗裂紋敏感性、低溫軔性和枝晶尺寸等有顯著的影響。??１．３厚板窄間隙焊接技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀??焊接厚板過程，通常需要對(duì)厚板進(jìn)行采用Ｖ型坡口加工，填充大量金??屬，進(jìn)行多層多道焊接，但是此過程增加了工件熱輸入，使

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文??根焊絲擰成麻花狀，深入窄間隙坡口中，電弧呈斷續(xù)狀在兩根焊絲中交替燃??燒，有效的促進(jìn)了側(cè)壁融合，如圖１－３?（ｃ）所示［２８］。由于焊絲的制作困難和??需要特制的導(dǎo)電嘴，工業(yè)普及程度也不高。??ａ?ｍ?ｂ?黎?ｃ??ｉ?Ｉ?ｔ－ｔ??圖１－３?ＧＭＡＷ窄間隙焊接設(shè)備（ａ）折曲狀焊絲窄間隙；（ｂ）波浪狀焊絲窄間隙；（ｃ）雙??絲麻花狀焊絲窄間隙［２６＿２８］??Ｆｉｇ．?１－３?（ａ）?ｎａｒｒｏｗ?ｇａｐ?ｏｆ?ｂｅｎｔ?ｗｉｒｅ；（ｂ）?ｎａｒｒｏｗ?ｃｌｅａｒａｎｃｅ?ｏｆ?ｗａｖｙ?ｗｉｒｅ；（ｃ）?ｎａｒｒｏｗ?ｇａｐ?ｏｆ??ｔｗｉｎ－ｗｉｒｅ?ｔｗｉｓｔｅｄ?ｗｉｒｅ［２６－２８］??Ｋａｎｇ等人通過外加周期性變化的磁場(chǎng)控制電弧在窄間隙坡口中左右擺??動(dòng)，得到成型良好，側(cè)壁熔合良好的焊縫［２９］。１９世紀(jì)８０年代，日本率先發(fā)??明了一種旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙ＧＭＡＷ的焊槍，如圖１－４?Ｕ）所示，利用電機(jī)帶??動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)導(dǎo)電桿、偏心導(dǎo)電嘴和焊絲旋轉(zhuǎn)，但是齒輪傳動(dòng)穩(wěn)定??性差，使導(dǎo)電嘴、石墨電刷和導(dǎo)電桿磨損嚴(yán)重［３Ｇ］。江蘇科技大學(xué)王加友教授??對(duì)旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙ＧＭＡＷ焊槍進(jìn)行改進(jìn)，他采用空心軸電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)導(dǎo)電??桿旋轉(zhuǎn)，而不在使用齒輪驅(qū)動(dòng)，使從偏心導(dǎo)電嘴中出來的焊絲能夠在窄間隙??坡口中旋轉(zhuǎn)，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和使用壽命，但是導(dǎo)電嘴損耗嚴(yán)重的問題??沒有得到解決，如圖ｌ－４（ｂ）所示＾３３］。黃海艇等人設(shè)計(jì)了新型窄間隙ＧＭＡＷ??旋轉(zhuǎn)焊槍，如圖所示空心軸電機(jī)帶動(dòng)導(dǎo)電桿轉(zhuǎn)動(dòng)，引起從導(dǎo)電桿端部的偏折??導(dǎo)電嘴傳送出的焊絲在窄間隙坡口中擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電弧的周期性擺動(dòng)，促進(jìn)側(cè)??壁熔合，如圖１

?第一章緒論???＿卜，＿?ｔｉ—?％：??ｎ?ｒｒ￣ｉ：ｊＭ?ｎ：－：「ｒ－關(guān)—＿、??Ｌ＾ｒ?保心綠屯嘴?Ｉ?１??圖１－４旋轉(zhuǎn)電�。牵停粒籽b置及改進(jìn)后設(shè)備［３〇－３４］??Ｆｉｇ．?１－４?ｒｏｔａｔｉｎｇ?ａｒｃ?ＧＭＡＷ?ｄｅｖｉｃｅ?ａｎｄ?ｉｍｐｒｏｖｅｄ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ＾３０－３４］??由于ＮＧ－ＧＭＡＷ技術(shù)焊接過程中煙塵大，飛濺大并且窄間隙坡口中的飛??濺清理困難，容易形成夾渣缺陷，在特種設(shè)備焊接的運(yùn)用中具有較大的局限??性。窄間隙非熔化極氣體保護(hù)焊（ＮＧ－ＧＴＡＷ）因其焊接質(zhì)量高、焊接工藝??穩(wěn)定、焊接過程沒有煙塵飛濺等諸多優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于鋁、不銹鋼、鎂、鈦??等難焊金屬的焊接［３５］。然而，在ＮＧ－ＧＴＡＷ工藝中，可能會(huì)出現(xiàn)側(cè)壁熔合不??足等缺陷，將大大降低焊接接頭的機(jī)械強(qiáng)度等性能。在焊接過程中增加焊接??熱輸入和外加對(duì)熔池的機(jī)械振蕩可以消除這一缺陷［３６］。高的熱輸入量可以??明顯地促進(jìn)側(cè)壁熔化，但對(duì)焊接接頭的性能有一定的影響，導(dǎo)致金屬晶粒粗??大，力學(xué)性能差［３７］。Ｊｉａｎｇ等通過研宄表明減少焊接過程中熱量的積累，改變??散熱方式，加強(qiáng)散熱，通過攪拌和振蕩熔池來減小晶粒尺寸，可以有效地降??低殘余應(yīng)力［３８］。??為了解決這一問題，余剛等人設(shè)計(jì)了一種新型窄間隙ＧＴＡＷ焊槍，如圖??１－５所示，整體結(jié)構(gòu)厚度僅為８ｍｍ，采用雙氣罩保護(hù)熔池和焊縫，同時(shí)對(duì)槍體??內(nèi)鎢極進(jìn)行氣冷，此外槍體內(nèi)部添加了Ｖ型水路對(duì)焊槍進(jìn)行水冷。設(shè)計(jì)的新??型焊槍可以實(shí)現(xiàn)窄間隙的多道多層焊接，有效的防止側(cè)壁不熔合。但是該槍??體氣罩需要深入到坡口內(nèi)部，極大的限制了坡口的寬度。此外，鎢極的角度??每進(jìn)行焊接一次
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本文編號(hào)：2867935