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TC4钛合金与304不锈钢的电子束焊接方法研究

作　者: 鲁磊
导　师: 周琦
学　校: 南京理工大学
专　业: 材料工程
关键词: 钛合金不锈钢异种材料中间层电子束焊接
分类号: TG457.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文针对钛合金与不锈钢异种材料焊接易开裂、易变形等难点问题,以304不锈钢、TC4钛合金为对象,研究了TC4钛合金与304不锈钢异种材料电子束焊接工艺、接头设计、中间层选择对接头性能的影响、接头组织及元素的分布特征,为钛合金与不锈钢的熔焊研究提供一条新的途径。由于TC4钛合金与304不锈钢直接电子束焊接,难以实现二者连接,本文设计了异种材料接头结构,主要研究了用钒中间层和钒-铜复合中间层来进行TC4钛合金与304不锈钢电子束焊接。实验表明：钒与TC4钛合金、304不锈钢均能实现连接,其可作为中间层来连接钛合金与不锈钢,从相图可以看出钛与钒、钒与铁焊接冶金良好,从扫描电镜的元素分布图可以看出钒层可以阻断钛、铁等易形成金属间化合物的元素的结合。采用不同宽度的钒层,并按平行焊接方式来焊接TC4钛合金与304不锈钢时,钒层较宽时所得的TC4钛合金与304不锈钢接头的强度都大于283MPa。当采用较薄中间层,两条焊缝很容易接触到一起,极易生成金属间化合物,导致焊缝开裂。当采用相对焊接方式时,可以减少钒层的使用,并利用0.9mmV,在接头的起焊部位发现两条焊缝之间还剩0.1～0.2mm的纯钒区,此时由于接头塑性变形受到拉伸三轴应力限制,导致接头强度提高,得到了480MPa的高强度。通过加铜和钒复合中间层,可以避免使用一种中间层时的缺点,获得了具有一定强度的TC4钛合金和304不锈钢的焊接接头,为得到强度高且成本低的高质量的钛合金与不锈钢接头提供方法和理论指导。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
1. 绪论  9-29
  1.1 引言  9
  1.2 钛与钢的焊接性分析  9-10
    1.2.1 物理性能差异对焊接性的影响  9-10
    1.2.2 化学性能差异对焊接性的影响  10
  1.3 钛与钢的焊接研究现状及分析  10-25
    1.3.1 熔化焊  11-15
    1.3.2 固相焊  15-24
    1.3.3 钎焊  24-25
  1.4 现有钛与钢焊接方法的总结  25-26
  1.5 电子束焊接钛合金与不锈钢方案的提出  26-27
  1.6 本文主要研究内容  27-29
2 试验材料、设备及方法  29-32
  2.1 试验材料  29-30
  2.2 试验设备  30
    2.2.1 焊接设备  30
    2.2.2 试验结果分析设备  30
  2.3 试验方法  30-32
    2.3.1 金相分析试验  30-31
    2.3.2 显微硬度试验  31
    2.3.3 扫描电镜分析试验  31
    2.3.4 拉伸试验  31-32
3 TC4与304SS电子束焊接接头和中间层设计  32-39
  3.1 无中间层的TC4与304SS电子束焊接  32-33
  3.2 一种中间层(V、Cu)的TC4与304SS电子束焊接  33-38
    3.2.1 Cu中间层的TC4-304SS电子束焊接  33-35
    3.2.2 V为中间层的TC4与304SS电子束焊接  35-38
  3.3 V-Cu复合中间层的TC4与304SS电子束焊接  38
  3.4 本章小结  38-39
4 钒对TC4、304SS母材电子束焊接接头的影响  39-53
  4.1 钒对TC4-TC4焊接接头的影响  39-45
    4.1.1 TC4-V-TC4电子束焊接工艺  39-41
    4.1.2 接头金相组织分析  41-43
    4.1.3 扫描电镜观察  43-44
    4.1.4 拉伸试验结果  44-45
  4.2 钒对304SS-304SS焊接接头的影响  45-52
    4.2.1 304SS-V-304电子束焊接  45-48
    4.2.2 接头金相组织分析  48-50
    4.2.3 扫描电镜观察  50-51
    4.2.4 拉伸试验结果  51-52
  4.3 本章小结  52-53
5 钒中间层对TC4与304SS电子束焊接接头性能的影响  53-67
  5.1 不同的钒层宽度  53-58
    5.1.1 TC4-2.5mmV-304SS金相分析  56
    5.1.2 TC4-2.5mmV-304SS扫描电镜分析  56-57
    5.1.3 拉伸试验结果  57-58
  5.2 不同的接头方式  58-66
    5.2.1 金相分析  60
    5.2.2 扫描电镜分析  60-61
    5.2.3 拉伸试验结果  61-62
    5.2.4 断口分析  62-66
  5.3 本章小结  66-67
6 Cu-V复合中间层对TC4与304SS电子束焊接接头性能的影响  67-71
  6.1 304SS-Cu-V-TC4的电子束焊接  67-68
  6.2 试验结果分析  68-70
    6.2.1 金相分析  68
    6.2.2 显微硬度分析  68-69
    6.2.3 SEM扫描分析  69-70
  6.3 本章总结  70-71
7 结论与展望  71-73
  7.1 结论  71
  7.2 展望  71-73
致谢  73-74
参考文献  74-80
附录  80

TC4钛合金与304不锈钢的电子束焊接方法研究

内容摘要

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