钢/铌激光焊接工艺及力学性能研究

摘要钢/铌复合焊接已经成为当今学术界研究的热点，在航空航天领域具有广阔的应用与发展前景。本论文使用激光焊进行钢与铌的焊接，采用添加银过渡层的方法实现 304 不锈钢和铌的激光焊接。利用光学显微镜分析接头宏观形貌和显微组织，利用 SEM、XRD 和能谱仪分析接头的成分和相组成，利用万能试验机测试试样抗拉强度，试验结果表明添加银过渡层的激光焊接接头焊缝成形美观，钢/铌对接激光焊接接头裂纹偏铌侧，添加银过渡层的焊缝区组织主要是银基固溶体β相，钢/铌对接激光焊接接头焊缝区域主要是奥氏体晶粒。钢/铌激光焊接接头抗拉强度最大可以达到133MPa，而钢/银/铌激光焊接接头的抗拉强度可以达到 191MPa。前者的抗拉强度相当于不锈钢的 24.6%。两者断口均发生在焊缝偏铌一侧，两种接头均属于脆性断裂，添加银过渡层的接头在焊缝成形方面和抗拉强度方面都优于钢/铌对接激光焊。58963
毕业论文关键词：钢/铌；激光焊接；银过渡层
Abstract Steel/niobium composite welding has become a hot research topic in the academicfield and has a deep application and development in the field of aerospace. In this paper,steel/niobium composite welding is realized by the laser welding equipment. Testinstrument includes metallurgical microscope、SEM、XRD and EDS analysis. We use thetest instrument to analyze morphology and fracture morphology. The tensile strength ofthe welded joint was measured by electronic universal testing machine. Test results showthat the laser welded steel/niobium joints with Ag filling layer is good weld-seam shaping.The weld crack of steel/niobium composite welding is close to the side of Nb. The maincomponent of welded joint with the laser welded steel/niobium joints with Ag filling layeris β-Ag. The welded joint of steel/niobium composite welding is composed of austenitegrain and distribution of a small amount of ferrite. Steel/niobium laser welding jointtensile strength can reach 133MPa is equal to 24.6% of the stainless steel and 29.1%relative to the Nb-1Zr alloy and the tensile strength of the laser welded steel/niobiumjoints with Ag filling layer can reach 191MPa . The weld crack of the two kinds of jointsis close to the side of Nb. The two kinds of joints all belong to brittle fracture. The laserwelded steel/niobium joints withAg element is Better.
Keywords：steel/niobium; laser welding; metal filling layer

第一章绪论1

1.1课题的背景和意义1

1.2不锈钢与铌的焊接性..2

1.2.1根据物理性能分析不锈钢与铌的焊接性2

1.2.2根据冶金学分析不锈钢与铌的焊接性.3

1.3不锈钢与铌的焊接研究现状..5

1.3.1熔化焊..5

1.3.2钎焊6

1.3.3熔钎焊..8

1.3.4爆炸焊..8

1.4课题主要研究内容9

第二章实验材料、设备和方法11

2.1实验材料11

2.2激光焊接设备12

2.3激光焊接实验13

2.3.1焊前准备.13

2.3.2施焊.13

2.4分析测试方法14

2.4.1焊接接头拉伸试验14

2.4.2微观组织分析..15

2.4.3断口形貌分析..15

2.4.4相组成分析16

第三章激光焊接接头组织分析17

3.1激光焊接成形17

3.2接头显微组织18

3.2.1接头横截面宏观形貌.18

3.2.2接头横截面微观形貌.20

3.3本章小结24

第四章激光焊接接头力学性能分析.25

4.1接头拉伸试验分析.25

4.2银过渡层对接头强度的分析..26

4.3本章小结..27

结论.29

致谢.30

参考文献31
第一章绪论1.1 课题的背景和意义科技发展至今，单一的金属或合金难以达到现代高科技生产对材料综合性能的要求，不同材料的复合结构可以同时具备两种材料的特点，极大的提升了材料性能，因此新材料及异种金属的连接已成为当前材料连接领域中的热点之一。304 不锈钢是奥氏体不锈钢的一种，又称 18-8 型不锈钢。铬、镍是奥氏体不锈钢的主要元素，两种元素溶于γ-Fe 后形成的一种间隙固溶体便是奥氏体不锈钢。 304不锈钢的特征是没有磁性，金相组织结构稳定，抗腐蚀性能强以及力学性能好，因此适合生产耐腐蚀性能强、抗氧化性高、耐高温以及超低温的零配件和设施，因此不锈钢成为了最全面，应用范畴最大的一种金属[1,2]。因为不锈钢的使用范围相当广泛，特别是在航空航天领域中，基本应用于一些压力容器，如低压流体容器，液体燃料运载火箭等。由于钢铌优势明显，只要使不锈钢和铌实现冶金结合，即可充分展现两者的优良性能，具有一定的实际意义和经济效益。铌的特点是难熔、强度大、抗高温性能好、高热传导率、中子俘获截面低等，是科技生产中的必要材料。可应用于航天，比如火箭一般对推进控制启动要求很高，Nb-1Zr 等合金可以让此数目达上千次，这样对火箭轨道起到规范效果也会对发动机进行阻力补偿；因为铌难熔耐高温，铌可以用来制作航空航天飞机的发动机以及耐热部位的零件。在超导技术方面，NbTi系超导材料基本应用在高能物理、核磁共振成象装置以及核聚变实验装置；Nb3Sn超导材料基本应用在高能物理、交流电动机以及交流发电机的定子绕组和超导电力输送，热聚变实验装置等。在原子能工业中，原子能反应堆中核燃料的包套材料、核燃料的合金元素及核反应堆中热交换器的结构材料都可以是铌[1,2]。钢/铌激光焊接工艺及力学性能研究:http://www.751com.cn/cailiao/lunwen_63987.html