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外加直流磁场对超细晶粒钢点焊质量的影响

作　者: 尹月
导　师: 张忠典
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 超细晶粒钢电阻点焊接头直流磁场熔核结晶
分类号: TG457.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 89次
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内容摘要

超细晶粒钢在焊接热循环的作用下,焊接接头会出现晶粒长大、软化及强度下降等问题,从而降低了产品质量、可靠性和使用寿命。针对这个问题,本文探讨了外加直流磁场改善点焊质量的方法。论文以400MPa超细晶粒钢为研究对象,系统的分析了外加直流磁场对超细晶粒钢电阻点焊组织与性能的影响,研究了外加直流磁场对点焊熔核组织的影响机理,这对促进超细晶粒钢工业化应用进程具有积极的作用。为了研究外加直流磁场对超细晶粒钢点焊质量的影响。首先,对点焊熔核宏观形貌进行了分析。施加磁场后,点焊熔核直径更大,焊点高度和熔透率稍有降低。正常点焊时,点焊熔核的凝固组织为单一的粗大柱状晶;在外加磁场作用下,点焊熔核为柱状晶和等轴晶,晶粒明显细化,在相同励磁电流条件下,反向磁场的细化效果要优于同向磁场。磁场方向相同,施加100A励磁电流时,熔核细化效果最好。超过此值,点焊熔核组织反而粗化。其次,进一步分析熔核显微组织和晶粒尺寸,施加磁场后,铁素体组织明显细化,晶粒尺寸减小,施加100A向内磁场时,晶粒平均直径达到37μm,与无磁场点焊接头相比细化了66%。磁场方向和励磁电流对熔核凝固组织的影响与宏观分析相吻合。施加直流磁场,Ni、Mn、Si合金元素较无磁场分布更均匀,点焊接头硬度分布更均匀,抗拉剪能力增强,100A向内磁场的点焊接头最大拉剪载荷较无磁场时提高了5.40%。就以上实验结果,本文分析了外加直流磁场作用下熔核的结晶特点和导致组织形态变化、晶粒细化的原因。施加反向磁场时所产生的洛仑兹力加强了熔核自身液态金属的电磁搅拌,促进了粒子的运动,内向磁场和外向磁场对熔核自身电磁搅拌的影响相近;施加同向磁场时所产生的洛仑兹力促进了熔核内液态金属粒子的运动,向上、向下磁场对熔核内液态金属粒子作用相似。反向磁场对熔核液态金属的搅拌要强于同向磁场。除了电磁搅拌作用,直流磁场对液态金属亦有阻尼作用,在适当的励磁电流下,电磁搅拌起主要作用,细化一次、二次结晶组织,对提高超细晶粒钢点焊接头性能有促进作用;当电磁阻尼作用占主导地位时,它将抑制熔体的自然对流,从而抑制了热量的对流传输,使温度起伏减少,晶粒变得粗大。实验结果证明,选择合适的点焊工艺和磁场参数,外加直流磁场改变晶粒的结晶方向,细化一次、二次结晶组织,提高焊点的机械性能,是一种很有发展前景的改善点焊质量的方法。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-20
  1.1 选题的背景与意义  10
  1.2 超细晶粒钢在焊接领域的应用  10-14
    1.2.1 超细晶粒钢的特点  10-11
    1.2.2 超细晶粒钢的焊接性  11-12
    1.2.3 国内外超细晶粒钢焊接的研究现状  12-14
  1.3 磁控焊接技术的发展及应用  14-18
    1.3.1 磁控焊接技术的发展  14-15
    1.3.2 磁控焊接技术的应用  15-18
    1.3.3 电磁作用下焊接技术的发展趋势  18
  1.4 课题的主要研究目的及内容  18-20
第2章试验材料及方法  20-25
  2.1 试验材料  20
  2.2 实验设备及工艺  20-23
    2.2.1 实验设备  20-22
    2.2.2 焊接工艺  22-23
  2.3 关于磁场方向的几点解释  23
  2.4 测试方法  23-24
  2.5 本章小结  24-25
第3章点焊接头宏观分析  25-34
  3.1 磁场方向对点焊接头宏观形貌的影响  25-30
    3.1.1 50A励磁电流不同磁场方向点焊接头宏观分析  26-27
    3.1.2 100A励磁电流不同磁场方向点焊接头宏观分析  27-28
    3.1.3 150A励磁电流不同磁场方向点焊接头宏观分析  28-29
    3.1.4 200A励磁电流不同磁场方向点焊接头宏观分析  29-30
  3.2 励磁电流对点焊接头宏观形貌的影响  30-31
  3.3 点焊接头的截面分析  31-33
  3.4 本章小结  33-34
第4章点焊接头微观组织与性能分析  34-49
  4.1 显微组织  34-40
    4.1.1 熔核微观组织  34-38
    4.1.2 晶粒大小  38-40
  4.2 合金元素分布  40-42
  4.3 力学性能  42-48
    4.3.1 硬度测试  42-43
    4.3.2 拉剪实验  43-48
  4.4 本章小结  48-49
第5章外加直流磁场对点焊接头组织与性能的影响机理探讨  49-59
  5.1 磁场方向对点焊熔核加热熔化的影响  49-54
    5.1.1 反向磁场对点焊熔核加热熔化的影响  51-52
    5.1.2 同向磁场对点焊熔核加热熔化的影响  52-54
  5.2 励磁电流对熔核熔化及凝固过程的影响  54
  5.3 直流磁场对点焊接头冷却结晶的影响  54-57
    5.3.1 直流磁场对点焊熔核一次结晶形态的影响  55-56
    5.3.2 直流磁场对点焊熔核微观组织的影响  56
    5.3.3 直流磁场对焊点合金元素分布的影响  56-57
  5.4 实验中两种现象的解释  57-58
  5.5 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-65
致谢  65

外加直流磁场对超细晶粒钢点焊质量的影响

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