高碳高铬不锈钢电子束焊接焊缝形状数值模拟与试验研究

作     者：易朋 

作者单位：广东工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡永俊;易耀勇

授予年度：2021年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：高碳高铬不锈钢 电子束焊接 焊缝形状 数值模拟 热处理 

摘      要：电子束焊接与传统焊接方法相比,具有焊接缺陷更少、热量更集中、热影响区更小等优点,且焊接工艺参数对焊缝几何形状及接头组织性能有重要影响。高碳高铬不锈钢在机械、汽车等领域广泛应用,但由于含碳量高,其焊接性较差,电子束焊接是提高高碳高铬不锈钢焊接性能和质量的较佳方法之一。本文采用数值模拟和试验相结合的方法,研究5mm厚440C不锈钢电子束焊接接头的焊缝形状变化规律。通过单一变量分组研究各工艺参数(电子束流、焊接速度、扫描函数)对焊缝几何形状的影响。在焊缝成形较好的基础上,研究对不同焊前热处理工艺440C不锈钢电子束焊接接头,组织和性能的影响,获得以下结论:(1)随着电子束流和焊接速度的增加,焊缝的深宽比增加,不同的扫描函数所得焊缝形状有很大差别,锯齿形波焊缝呈漏斗形,圆形波焊缝呈楔形,随着扫描函数的幅值增加,焊缝的深宽比减小,随着扫描函数的频率增加,焊缝的深宽比增加。(2)面能量θ与焊缝成形相关联,当采用锯齿形扫描函数时,当面能量θ≥1.78×10J·mm时焊接接头出现下塌;0.63×10J·mm≤θ≤1.78×10J·mm时,焊接接头能够焊透且不出现下塌;当θ≤0.63×10J·mm时,焊接接头不能焊透。当采用圆形扫描函数时,当θ≥1.55×10J·mm时,焊接接头出现下塌;0.73×10J·mm≤θ≤1.55×10J·mm时,焊接接头能够焊透且不出现下塌;当θ≤0.73×10J·mm时,焊接接头不能焊透。(3)退火态和调质态热影响区均由马氏体和碳化物组成,由于经调质处理,发生马氏体转变,部分碳化物溶解,所以调质态热影响区中的碳化物比退火态少。退火态中焊缝枝晶生长,抑制马氏体相变,因此退火态焊缝中枝晶比调质态多,且晶粒尺寸大,残余奥氏体多。(4)退火态和调质态焊接接头均是热影响区硬度最高,且调质态热影响区硬度比退火态更高。拉伸弯曲断口位置均在热影响区,退火态和调质态接头的抗拉强度、延伸率和抗弯曲强度低于母材。