發(fā)布時(shí)間：2017-09-28 13:36

  本文關(guān)鍵詞：Fe-Me-Si記憶合金激光焊接性能研究

  更多相關(guān)文章： Fe-Mn-Si記憶合金 激光焊接 力學(xué)性能 組織性能 有限元數(shù)值模擬

【摘要】：本文利用YAG脈沖固體激光器和C02氣體連續(xù)激光器對Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni記憶合金焊接性能進(jìn)行了研究。通過正交試驗(yàn)優(yōu)選了焊接工藝參數(shù),利用力學(xué)性能測試試驗(yàn)和組織結(jié)構(gòu)觀察分析方法對焊接接頭力學(xué)性能和焊縫組織性能進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究,基于ANSYS有限元分析軟件對Fe-Mn-Si記憶合金激光焊接的溫度場和應(yīng)力場進(jìn)行了數(shù)值模擬�；诳估瓘�(qiáng)度為評定指標(biāo)的正交試驗(yàn)可得,1mm厚Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni記憶合金板YAG激光焊接的最佳工藝參數(shù)為電流I=100 A、頻率戶3 Hz、脈寬T--15ms；1mm厚和2 mm厚Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni記憶合金板C02激光焊接最佳焊接工藝參數(shù)(功率、速度、離焦量)分別為P=1600 W、v=800 mm/min、z=+0.6mm和P=2000 W、v=250 mm/min、z=-0.5 mm; 1 mm厚和2mm厚Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni記憶合金板與304不銹鋼板的最佳C02激光焊接工藝參數(shù)分別為P=1800 W、v=800mm/min、z=+0.6 mm和 P=2500 W、v=800 mm/min、z=-1mm.Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni記憶合金的應(yīng)力自適應(yīng)特性使激光焊接接頭具有優(yōu)良的抗彎曲疲勞性能,在控制應(yīng)變?chǔ)?5%的情況下,YAG和C02激光焊接接頭的彎曲疲勞次數(shù)均在430次以上,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對比材料不銹鋼的50次左右。激光焊縫形貌直接影響著Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni記憶合金焊接接頭的抗拉強(qiáng)度,YAG激光焊縫和CO2激光焊縫分別呈現(xiàn)出熱傳導(dǎo)焊縫特征和匙孔焊特征,焊縫熔合區(qū)附近熱影響區(qū)不明顯,焊縫組織由兩邊熔合區(qū)向焊縫中心對稱結(jié)晶,晶粒由胞狀樹枝晶逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闃渲ЫM織,熔合區(qū)的寬度約為80μm；焊縫及焊縫附近的組織中均存在ε馬氏體相,這是由焊接過程中的拉伸殘余應(yīng)力誘發(fā)的γ→ε馬氏體相變所致,同時(shí),這種ε馬氏體相變又會(huì)促使焊接殘余應(yīng)力松弛。Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni記憶合金與304不銹鋼異種接頭焊縫中心兩側(cè)的晶體形態(tài)呈對稱分布,依次為平面晶、胞狀晶、胞狀樹枝晶,但是焊縫中靠近304不銹鋼一側(cè)的晶粒尺寸明顯小于靠近Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni記憶合金一側(cè)。焊縫中心處組織相容良好,結(jié)晶形態(tài)則以樹枝狀結(jié)晶為主,并且結(jié)晶形態(tài)差異較小。在靠近焊縫一側(cè)的Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni記憶合金處也存在e馬氏體相,這是由于殘余應(yīng)力誘發(fā)γ→ε馬氏體相變所致；異種接頭全循環(huán)疲勞斷口均由擴(kuò)展區(qū)和瞬斷區(qū)組成,在擴(kuò)展區(qū)中存在著疲勞輝紋帶、解理臺階和少量弧形撕裂棱,呈現(xiàn)出典型的準(zhǔn)解理脆性斷裂特征,在瞬斷區(qū)中存在著大量的韌窩表現(xiàn)出塑性斷裂特征；異種接頭焊縫元素的成分分布具有明顯的區(qū)域性,分布方式與C02激光焊接的匙孔效應(yīng)有關(guān),靠近Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni記憶合金一側(cè)的焊縫金屬仍屬于Fe-Mn-Si系記憶合金。Fe-Mn-Si記憶合金C02激光焊接的有限元數(shù)值模擬結(jié)果顯示,焊接熱源中心溫度達(dá)到了2500℃,距焊縫中心2 mm處的最高溫度已不足750℃,低于材料的固態(tài)相變溫度,表明激光焊接的熱影響區(qū)較小。激光焊縫中存在殘余拉應(yīng)力,其值接近Fe-Mn-Si記憶合金的屈服極限,滿足應(yīng)力誘發(fā)γ→ε馬氏體相變的條件。
【關(guān)鍵詞】：Fe-Mn-Si記憶合金 激光焊接 力學(xué)性能 組織性能 有限元數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG456.7
【目錄】：

• 創(chuàng)新點(diǎn)摘要5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 第1章 緒論14-31
• 1.1 引言14-16
• 1.2 Fe-Mn-Si合金國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-17
• 1.2.1 Fe-Mn-Si記憶合金國內(nèi)研究現(xiàn)狀16
• 1.2.2 Fe-Mn-Si記憶合金國外研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 Fe-Mn-Si合金記憶機(jī)制及應(yīng)力自適應(yīng)特性17-19
• 1.3.1 Fe-Mn-Si合金的記憶機(jī)制17-18
• 1.3.2 Fe-Mn-Si記憶合金的應(yīng)力自適應(yīng)特性18-19
• 1.4 Fe-Mn-Si記憶合金焊接的研究進(jìn)展19-29
• 1.4.1 形狀記憶合金焊接的研究現(xiàn)狀19-20
• 1.4.2 激光焊接原理及工藝20-24
• 1.4.3 激光焊接數(shù)值模擬國內(nèi)外研究現(xiàn)狀24-27
• 1.4.4 焊接殘余應(yīng)力研究進(jìn)展27-29
• 1.5 本文研究意義及內(nèi)容29-31
• 第2章 材料制備及試驗(yàn)方法31-39
• 2.1 試驗(yàn)材料31-32
• 2.2 激光焊接試驗(yàn)設(shè)備32-34
• 2.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)34
• 2.4 力學(xué)性能測試34-37
• 2.4.1 拉伸試驗(yàn)34-35
• 2.4.2 彎曲疲勞試驗(yàn)35-36
• 2.4.3 焊縫顯微硬度測試36-37
• 2.5 焊縫組織結(jié)構(gòu)分析37-39
• 第3章 Fe-Mn-Si記憶合金激光焊接工藝優(yōu)化及接頭力學(xué)性能研究39-66
• 3.1 基于正交試驗(yàn)的Fe-Mn-Si記憶合金激光焊接工藝優(yōu)化39-47
• 3.1.1 Fe-Mn-Si記憶合金YAG激光焊接工藝39-45
• 3.1.2 Fe-Mn-Si記憶合金CO_2激光焊接工藝45-47
• 3.2 激光焊縫形貌對焊接接頭拉伸性能的影響47-56
• 3.2.1 YAG激光焊縫47-52
• 3.2.2 CO_2激光焊縫52-56
• 3.3 激光焊接接頭彎曲性能分析56-63
• 3.3.1 YAG激光焊接接頭彎曲性能分析56-59
• 3.3.2 CO_2激光焊接接頭彎曲性能分析59-63
• 3.4 Fe-Mn-Si記憶合金激光焊接接頭顯微硬度63-64
• 3.5 本章小結(jié)64-66
• 第4章 Fe-Mn-Si記憶合金激光焊縫組織性能研究66-77
• 4.1 Fe-Mn-Si記憶合金激光焊縫制備66-68
• 4.1.1 Fe-Mn-Si記憶合金焊激光縫橫截面形貌66-67
• 4.1.2 Fe-Mn-Si記憶合金激光焊縫橫截面的顯微硬度測試67-68
• 4.2 Fe-Mn-Si記憶合金激光焊縫的顯微組織形貌68-71
• 4.3 Fe-Mn-Si記憶合金激光焊縫微區(qū)成分分析71-73
• 4.4 Fe-Mn-Si記憶合金激光焊縫的殘余應(yīng)力及ε馬氏體相變73-75
• 4.5 本章小結(jié)75-77
• 第5章 Fe-Mn-Si記憶合金與304不銹鋼異種接頭激光焊接研究77-98
• 5.1 304不銹鋼CO_2激光焊接研究77-82
• 5.1.1 304不銹鋼焊縫組織形貌和顯微硬度78-80
• 5.1.2 304不銹鋼接頭斷口形貌80-82
• 5.2 Fe-Mn-Si記憶合金與304不銹鋼異種接頭拉伸性能82-90
• 5.2.1 異種接頭的拉伸力學(xué)性能分析82-84
• 5.2.2 304不銹鋼與Fe-Mn-Si記憶合金激光焊縫組織觀察84-90
• 5.3 Fe-Mn-Si記憶合金與304不銹鋼異種接頭彎曲疲勞性能90-93
• 5.3.1 異種接頭的彎曲疲勞性能分析90-91
• 5.3.2 異種接頭的彎曲疲勞斷口形貌分析91-93
• 5.4 Fe-Mn-Si記憶合金與304不銹鋼異種接頭微區(qū)成分分析93-95
• 5.5 Fe-Mn-Si記憶合金與304不銹鋼異種接頭顯微硬度分析95-96
• 5.6 本章小結(jié)96-98
• 第6章 Fe-Mn-Si記憶合金激光焊接溫度場和應(yīng)力場的數(shù)值模擬98-115
• 6.1 焊接溫度場理論分析98-99
• 6.2 Fe-Mn-Si記憶合金激光焊接數(shù)值模擬模型99-103
• 6.2.1 接頭數(shù)學(xué)模型及假設(shè)99-100
• 6.2.2 材料參數(shù)100
• 6.2.3 有限元網(wǎng)格劃分100-101
• 6.2.4 熱源模型101-103
• 6.3 溫度場模擬結(jié)果與分析103-107
• 6.3.1 溫度場模擬分布103-104
• 6.3.2 焊接過程熱循環(huán)特性104-105
• 6.3.3 焊縫寬度模擬計(jì)算值與試驗(yàn)測量值的對比105-107
• 6.4 應(yīng)力場模擬結(jié)果與分析107-114
• 6.4.1 應(yīng)力計(jì)算理論分析107-109
• 6.4.2 應(yīng)力場計(jì)算過程109
• 6.4.3 激光焊接應(yīng)力應(yīng)變場計(jì)算結(jié)果及其分析109-111
• 6.4.4 殘余應(yīng)力和殘余變形111-114
• 6.5 本章小結(jié)114-115
• 結(jié)論115-118
• 參考文獻(xiàn)118-128
• 攻讀博士學(xué)位期間公開發(fā)表的學(xué)術(shù)論文128-130
• 致謝130-131
• 作者簡介131

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊軍;鄧龍江;林元華;丁武成;田仁江;李寧;;Fe-Mn-Si-Cr-Ni系形狀記憶合金管接頭形狀記憶效應(yīng)和耐腐蝕性能的研究[J];功能材料;2012年11期

2 王步美;陳挺;徐濤;何華;;焊接工藝對奧氏體不銹鋼焊接接頭應(yīng)變強(qiáng)化性能的影響[J];機(jī)械工程材料;2013年02期

3 盧棋;何國球;陳淑娟;劉曉山;楊洋;袁永立;朱e，

本文編號：936149