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锆基非晶合金薄板的激光焊接工艺优化研究

锆基非晶合金薄板的激光焊接工艺优化研究

作者：刘武猛安徽工程大学

学位级别：硕士

本文以非晶形成能力较好、用于生物医疗方面的锆基非晶合金为研究对象,选用激光焊对锆基非晶合金进行焊接试验,系统的研究了激光焊接的散热条件与焊接的工艺参数对焊接接头微观组织的形成及其性能的影响规律,探究焊接接头晶化的主要影... 详细信息

本文以非晶形成能力较好、用于生物医疗方面的锆基非晶合金为研究对象,选用激光焊对锆基非晶合金进行焊接试验,系统的研究了激光焊接的散热条件与焊接的工艺参数对焊接接头微观组织的形成及其性能的影响规律,探究焊接接头晶化的主要影响因素。结合锆基非晶合金生物医疗方面的应用背景对所获得的性能较好的焊接接头进行应用性评价,主要研究内容与成果如下:1.采用有限元方法模拟还原锆基非晶合金激光焊接过程。结合差示扫描量热法与焊接试验结果对有限元模型进行优化改良,最终获得贴合实际的温度场分布和各位置的热循环曲线。结合DSC和热循环曲线,对锆基非晶合金激光焊接过程中的晶化区域进行预测。在使用合适的热源时,能较好的预测热影响区的晶化区位置和晶化区宽度,最高可达到92%的准确率。计算激光焊接过程中热影响区的临界加热时间,推断非晶合金的晶化主要是热影响区吸热产生晶化,通过特征值温度与热影响区的热循环曲线可以推定本试验中使用的锆基非晶合金在激光焊接中产生的晶化区域位置与大小,并判断出锆基非晶合金的临界冷却时间在0.289 s到0.342 s之间。2.根据非晶合金热影响区晶化产生的理论,进行夹具的设计与改良。在控制其他变量的条件下,使用激光焊接制备锆基非晶合金在不同散热条件的焊接接头。对获得的焊接接头进行微观组织形貌观察和性能检测,检测结果表明晶化主要发生在热影响区,在冷却条件较好的情况下获得的焊接接头,热影响区的晶粒为球形。当初始温度为-20℃时可以使得热影响区的晶化程度显著降低,得到综合性能较好的激光焊接接头。3.当初始温度为-20℃时,采用不同的激光焊接工艺参数对锆基非晶合金进行焊接试验,研究激光焊接工艺参数对激光焊接接头的组织演变与力学性能影响规律。结果表明随着热输入的增加,焊接接头热影响区的晶化区域呈现出逐渐增宽的规律。晶化区域的显微硬度大致为525 HV,略高于母材(470 HV)和熔化区(490 HV)的显微硬度。焊接接头的晶化对抗拉强度的影响较大,锆基非晶合金母材的抗拉强度为777 MPa,焊接接头的最大抗拉强度为583 MPa,约为母材抗拉强度的75%。4.采用综合性能较好、晶化率较低的焊接接头典型试样与母材在林格氏液中进行电化学试验,判断母材与焊接接头之间的的耐腐蚀性能关系。电化学测试结果表明,在模拟体液中母材与焊接接头的自腐蚀电位E分别为-347 m V和-312 m V,自腐蚀电流密度I分别为2.893×10 m A/cm和2.122×10 m A/cm。将母材与焊接接头浸泡于37℃的林格氏液中21天,检测结果发现其释放的Ni离子浓度分别为4×10 mg/L和3×10 mg/L,均处于安全范围内。通过试验证明,少量的纳米晶有利于锆基非晶合金耐腐蚀性的提升。

关键词：非晶合金激光焊接冷却结晶预测生物医疗

锆基非晶合金激光对接焊温度场仿真与晶化演变分析

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应用激光 2023年第11期43卷 63-70页

作者：刘武猛郭纯李云吴随松营梦康泰宇安徽工程大学机械工程学院安徽芜湖241000 安徽科技学院机械工程学院安徽滁州233100

为更好地分析非晶合金在激光焊接过程中受到的热循环与晶化的关系,使用ANSYS软件的Workbench平台,构建瞬态热模型并分析Zr_(63.7)Cu_(17.5)Ni_(13.1)Ti_(3.9)Fe_(1.8)非晶合金的激光焊接温度场变化过程。通过仿真获得了缝区域的温度场... 详细信息

为更好地分析非晶合金在激光焊接过程中受到的热循环与晶化的关系,使用ANSYS软件的Workbench平台,构建瞬态热模型并分析Zr_(63.7)Cu_(17.5)Ni_(13.1)Ti_(3.9)Fe_(1.8)非晶合金的激光焊接温度场变化过程。通过仿真获得了缝区域的温度场及熔化区和热影响区尺寸,通过添加温度探针获得数个特征点的热循环曲线,根据热循环曲线与DSC曲线进行热分析。通过检测结果与分析发现,仿真结果与相对应区域的试验金相图片具有较高的吻合度,并通过热循环曲线解释了热影响区晶化产生的原因。可以看出,在优化并使用合理的边界条件的情况下,温度场模拟可以对锆基非晶合金在激光焊接过程中的形貌与晶化区域进行预测,有利于优化焊接工艺,并指导后续的锆基非晶合金的激光焊接。

关键词：温度场仿真激光焊接非晶合金晶化

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高温合金焊接研究现状及发展趋势

金属加工（热加工） 2022年第1期 44-48页

作者：刘武猛郭纯吴随松安徽工程大学机械工程学院安徽芜湖241000 安徽科技学院机械工程学院安徽滁州233100

高温合金具有良好的抗氧化性、耐高温腐蚀性、高温强度和耐磨性,在航空发动机和燃气轮机等领域应用广泛。首先,综述了高温合金的常见分类方式及其主要的应用场景,以及当前我国高温合金发展的现状和技术突破。其次,列举出高温合金在焊接... 详细信息

高温合金具有良好的抗氧化性、耐高温腐蚀性、高温强度和耐磨性,在航空发动机和燃气轮机等领域应用广泛。首先,综述了高温合金的常见分类方式及其主要的应用场景,以及当前我国高温合金发展的现状和技术突破。其次,列举出高温合金在焊接中常见的焊接裂纹类型及焊接裂纹产生的机理,并对高温合金常用的焊接工艺及其工艺优缺点进行介绍,总结了当前国内外对高温合金焊接主流的研究方向,并列举出有突破性改良的案例。最后,总结了当前镍基高温合金焊接碰到的工艺瓶颈、常见焊接问题以及将来可能改良的焊接方向,并展望了,镍基高温合金焊接的未来发展方向。

关键词：高温合金裂纹焊接工艺

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钛合金电弧增材制造国内外研究的发展现状

现代制造技术与装备 2021年第3期57卷 204-205页

作者：吴随松郭纯刘武猛安徽工程大学机械工程学院芜湖241000 安徽科技学院机械工程学院凤阳233100

随着增材制造技术的创新和不断发展,钛合金电弧增材制造广泛应用于各个领域,涉及航空航天、船舶、汽车、生物医疗、化工以及模具制造等。当前,很多研究学者对钛合金增材制造技术进行了深入研究,在钛合金电弧增材制造研究方面已取得了一... 详细信息

随着增材制造技术的创新和不断发展,钛合金电弧增材制造广泛应用于各个领域,涉及航空航天、船舶、汽车、生物医疗、化工以及模具制造等。当前,很多研究学者对钛合金增材制造技术进行了深入研究,在钛合金电弧增材制造研究方面已取得了一定成果。基于此,综述当前国内外钛合金电弧增材制造技术研究现状,并对钛合金电弧增材制造技术的运用以及未来发展前景进行了总结和展望。

关键词：钛合金电弧增材制造研究进展

ER316L不锈钢电弧增材制造的组织与性能分析

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新余学院学报 2023年第2期28卷 10-18页

作者：吴随松郭纯刘武猛营梦李云安徽工程大学机械工程学院安徽芜湖241000 安徽科技学院机械工程学院安徽蚌埠233100

采用熔化极惰性气体保护焊(MIG)电弧增材制造工艺制备ER316L不锈钢薄壁墙试样。用X射线衍射仪、金相显微镜、透射电镜分析了ER316L不锈钢电弧增材制造试样的物相组成、显微组织结构。用显微硬度仪、拉伸试验机、冲击试验机、电化学工作... 详细信息

采用熔化极惰性气体保护焊(MIG)电弧增材制造工艺制备ER316L不锈钢薄壁墙试样。用X射线衍射仪、金相显微镜、透射电镜分析了ER316L不锈钢电弧增材制造试样的物相组成、显微组织结构。用显微硬度仪、拉伸试验机、冲击试验机、电化学工作站测试了电弧增材制造试样的力学性能和腐蚀性能。结果表明:制备的ER316L不锈钢试样成形质量良好;显微组织主要为奥氏体;试样的横向和纵向截面显微硬度分布较均匀,分别为270 HV_(0.2)、267 HV_(0.2);试样的力学性能优良,横向屈服强度、抗拉强度、伸长率、25℃夏比冲击值分别为324 MPa、583 MPa、44.7%、170 J。纵向屈服强度、抗拉强度、伸长率、25℃夏比冲击值分别为291 MPa、475 MPa、40.5%、195 J。电化学测试结果表明电弧增材ER316L不锈钢试样具备良好的耐腐蚀性能。

关键词： ER316L不锈钢电弧增材制造显微组织力学性能腐蚀性能

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扫描速度对Ni基涂层组织性能的影响

应用激光 2023年第11期43卷 95-99页

作者：李云郭纯刘武猛营梦康泰宇吴随松黄光灿李文清安徽科技学院机械工程学院安徽凤阳233100 安徽工程大学机械工程学院安徽芜湖241000

为探究扫描速度对Ni基涂层组织性能的影响,利用激光熔覆技术在不同扫描速度下制备涂层。利用XRD(X射线衍射)、维氏硬度计和摩擦试验机对涂层进行表征。发现涂层主要物相为[Fe Ni]和Fe。涂层的硬度都明显高于基材,10 mm/s扫描速度下涂层... 详细信息

为探究扫描速度对Ni基涂层组织性能的影响,利用激光熔覆技术在不同扫描速度下制备涂层。利用XRD(X射线衍射)、维氏硬度计和摩擦试验机对涂层进行表征。发现涂层主要物相为[Fe Ni]和Fe。涂层的硬度都明显高于基材,10 mm/s扫描速度下涂层的均匀性最好,硬度达到了430 HV。在摩擦试验中,涂层耐磨性能先随着扫描速度增加而变强,在10 mm/s出现转折点,该涂层的磨损量为51.7 mg,而后涂层耐磨性能随着扫描速度增加而减弱。这一现象在硬度检测中也有相似表现。制备涂层时,只有合适的扫描速度才能制备出最优性能的涂层,本次试验中的最优扫描速度为10 mm/s。

关键词：激光熔覆 Ni 摩擦磨损涂层

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冷却条件对非晶合金连续激光焊接接头的影响

盐城工学院学报（自然科学版） 2023年第4期36卷 70-76页

作者：刘武猛郭纯李云吴随松营梦康泰宇安徽工程大学机械工程学院安徽芜湖241000 安徽科技学院机械工程学院安徽滁州233100

使用连续激光对2 mm厚的锆基非晶合金板材进行焊接,在相同的焊接功率、焊接速度下使用不同的冷却条件制备焊接件试样,对试样焊接接头的微观组织和力学性能进行探究。研究结果表明,随着冷却夹具温度的降低,焊接接头热影响区范围逐步减小... 详细信息

使用连续激光对2 mm厚的锆基非晶合金板材进行焊接,在相同的焊接功率、焊接速度下使用不同的冷却条件制备焊接件试样,对试样焊接接头的微观组织和力学性能进行探究。研究结果表明,随着冷却夹具温度的降低,焊接接头热影响区范围逐步减小;冷却夹具温度为10℃时,焊接接头力学性能最佳;冷却夹具温度为-30℃时,焊接接头的晶化率最低。通过显微硬度检测发现,各试样的显微硬度差距不大,热影响区的平均硬度为525 HV_(0.2),母材平均硬度为470 HV_(0.2),熔化区的平均硬度为490 HV_(0.2)。

关键词：非晶合金激光焊接晶化冷却条件

PAG温度及搅拌速度对40Mn钢带性能影响研究

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盐城工学院学报（自然科学版） 2022年第4期35卷 17-20页

作者：康泰宇郭纯营梦李云刘武猛吴随松安徽科技学院机械工程学院安徽凤阳233100 安徽工程大学机械工程学院安徽芜湖241000

为了研究淬火过程中环保型淬火液(PAG)的温度及搅拌速度对40Mn钢带淬火后性能的影响,采用控制变量法设计实验。通过数据分析对比可得,PAG温度为25℃,搅拌速度为1000r/min时,淬火所得试样综合性能最好,拉伸强度为1725.8 MPa,硬度为634.1 ... 详细信息

为了研究淬火过程中环保型淬火液(PAG)的温度及搅拌速度对40Mn钢带淬火后性能的影响,采用控制变量法设计实验。通过数据分析对比可得,PAG温度为25℃,搅拌速度为1000r/min时,淬火所得试样综合性能最好,拉伸强度为1725.8 MPa,硬度为634.1 HV_(0.2),金相组织为板条状马氏体。

关键词： PAG温度搅拌速度 40Mn钢带性能硬度

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高强钢电弧增材制造组织与力学性能研究

佳木斯大学学报（自然科学版） 2022年第3期40卷 94-98页

作者：吴随松郭纯营梦刘武猛李云康泰宇安徽工程大学机械工程学院安徽芜湖241000 安徽科技学院机械工程学院安徽凤阳233100

利用电弧增材制造技术制备了高强钢薄壁墙试样。分析评价了高强钢电弧增材制造试样的显微组织和力学性能。结果显示:在成型制造过程中有较小的飞溅产生的固体小颗粒,成形外观形貌质量良好;试样金相组织主要为块状和针状铁素体+粒状贝氏... 详细信息

利用电弧增材制造技术制备了高强钢薄壁墙试样。分析评价了高强钢电弧增材制造试样的显微组织和力学性能。结果显示:在成型制造过程中有较小的飞溅产生的固体小颗粒,成形外观形貌质量良好;试样金相组织主要为块状和针状铁素体+粒状贝氏体,金相结果可以看出试样内部结构无明显缺陷;试样横向和纵向截面的平均显微硬度分别为321 HV_(0.2),338HV_(0.2),试样的力学性能优良,横向抗拉强度927 MPa,屈服强度829MPa,伸长率16.8%,25℃夏比冲击值51 J,纵向抗拉强度915MPa,屈服强度764MPa,伸长率14.1%,25℃夏比冲击值63 J;拉伸、冲击试样断口形貌图中充满了均匀分布的韧窝,表现为典型的韧性断裂。

关键词：高强钢电弧增材制造显微组织力学性能断口形貌