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工业纯钛TA1焊接接头组织细化及其应用研究

作　者: 吕娜
导　师: 张敏
学　校: 西安理工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 阴极钛辊 氢弧焊丝 合金化 细化晶粒 TiB2 极化曲线 热处理工艺
分类号: TG407
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


在电解铜箔的生产过程中,由于阴极钛辊筒焊缝处晶粒组织粗大,导致母材与接头处电流分布不均匀,使生成铜箔表面产生光斑,影响其使用性能。结合工程实际,从阴极钛辊的性能要求出发,考虑到焊接冶金过程中,熔敷金属的组织凝固特点,以合金化方式来细化焊缝组织晶粒,以达到改善钛辊焊接接头性能的目的,具有重要的工程实际意义。本研究对阴极辊母材的组织进行了分析,选用多元化合金系Ti-Al-B及Ti-Al-C做为工业纯钛TA1氩弧焊焊丝的合金过渡成份,加工成焊丝并在手工钨极氩弧焊和熔化极氩气保护条件下施焊,分析不同条件下的焊缝处组织细化机理,然后进行焊接性能及工艺性能测试,实验结果证明其焊接所得的熔敷金属,具有较高的强度(屈服强度ReL≥342MPa)与硬度(HV≥269),完全符合纯钛板氩弧焊焊缝力学性能要求。与此同时,纯钛板焊接性试验分析表明自制焊丝确实细化了焊缝处的晶粒,在手工钨极氩弧焊条件下,1号焊丝的细化效果最佳；而在熔化极氩气保护焊条件下,2号焊丝的细化效果最佳。在两种焊接工艺条件下,其焊缝组织均优于纯钛焊丝焊接而成的焊缝组织。研制焊接材料的焊接接头微观组织观察发现,焊缝组织相主要以α相、γ相和TiB2为主,在快冷条件下,也可能产生α’。细针状的TiB2在三维空间上两两垂直相交,相互垂直交叉形成十字形、“T”字形或三维空间较复杂的十字或“T”字形的复合形,分布于晶界处。并且随着α稳定元素的加入使α相组织的长宽增大,形态上呈现针状,较母材的等轴体积较小。焊后经过热处理后,针状组织的长宽比逐渐减小,形态上接近片状组织,体积接近母材的等轴晶粒。并且热处理时β相发生了马氏体转变,马氏体分解为高度弥散的α-β混合组织,α相的增多也使得焊缝组织更接近与母材的组织形态。纯钛板焊缝组织细化后,电化学性能仍保持与母材接近。在常温及60℃下,1号及2号焊丝制的的接头处的自腐蚀电位与母材均较接近,通过极化曲线可以看出,焊缝与母材处的电流分布均匀,在电解镀铜的实验中,可以获得厚度一致的铜箔,部分消除了铜箔表面产生光斑,提高了铜箔的质量。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-18
  1.1 选题背景和意义  8-9
  1.2 国内外铜箔的发展概况  9-11
  1.3 阴极钛辊材料的使用概况  11-13
    1.3.1 钛合金的分类  11-13
    1.3.2 工业纯钛的发展及研究现状  13
  1.4 钛及钛合金加工工艺研究及应用现状  13-14
    1.4.1 钛及钛合金焊接方法的研究现状  13-14
    1.4.2 钛及钛合金焊接材料的研究现状  14
  1.5 国内外钛辊加工工艺的研究现状  14-15
  1.6 研究的主要内容及技术路线  15-18
    1.6.1 研究的主要内容  15-16
    1.6.2 技术路线  16-18
2 焊丝熔敷金属组织分析及其成分设计  18-28
  2.1 钛合金的合金化特点  18-21
    2.1.1 α稳定元素的影响  19
    2.1.2 β稳定元素的影响  19-20
    2.1.3 中性元素的影响  20
    2.1.4 O、N、S和P的控制  20-21
  2.2 钛合金典型微观组织分析  21-23
  2.3 工业纯钛TA1焊缝组织组成相确定  23-24
  2.4 钛合金焊丝合金系的确定  24-25
  2.5 小结  25-28
3 钛合金氩弧焊焊丝的研制及焊接工艺参数确定  28-38
  3.1 焊丝的制备工艺  28-32
    3.1.1 焊丝的真空熔炼工艺  28-31
    3.1.2 焊丝的加工成形工艺  31-32
  3.2 钛焊丝的焊接工艺  32-36
    3.2.1 焊接方案的确定  33-35
    3.2.2 焊接工艺的实施  35-36
  3.3 小结  36-38
4 焊接接头晶粒细化效果及细化机理分析  38-48
  4.1 传统晶粒细化的形核机理  38-39
  4.2 焊接接头宏观组织晶粒细化效果  39-40
  4.3 焊接接头微观组织晶粒细化机理分析  40-46
    4.3.1 手工钨极氩弧焊接头组织细化机理分析  40-43
    4.3.2 熔化极氩气保护焊接头组织细化机理分析  43-45
    4.3.3 稳定元素对组织的影响  45-46
  4.4 小结  46-48
5 焊接接头力学性能及电化学性能分析  48-54
  5.1 力学性能试验结果及分析  48-49
    5.1.1 熔敷金属的化学成分  48
    5.1.2 焊缝金属的硬度试验结果  48-49
    5.1.3 焊接接头拉伸性能试验结果  49
  5.2 电化学性能试验结果及分析  49-53
    5.2.1 试验原理及方法  49-50
    5.2.2 试验结果分析与数据处理  50-53
  5.3 小结  53-54
6 焊后热处理及镀铜试验  54-60
  6.1 焊后热处理  54-57
    6.1.1 热处理工艺的选择及确定  54-56
    6.1.2 试验结果分析  56-57
  6.2 镀铜试验  57-58
  6.3 小结  58-60
7 结论  60-62
致谢  62-64
参考文献  64-68
作者在硕士论文期间撰写和发表的论文及成果  68

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接一般性问题 > 焊接接头的力学性能及其强度计算
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