鋯合金薄板光纖激光焊接工藝研究.pdf

1、鋯合金因優(yōu)異的核性能、力學(xué)性能及耐腐蝕性能，被廣泛應(yīng)用于核電工業(yè)。焊接是鋯合金設(shè)備制造中必不可少的連接技術(shù)，但是激光焊接過程中，鋯合金薄板對激光能量敏感性強(qiáng)，工藝參數(shù)的細(xì)微變化都會(huì)對焊接質(zhì)量產(chǎn)生重要影響，300℃以上時(shí)，鋯合金還易吸氫、氧、氮等氣體雜質(zhì)而急劇降低焊件力學(xué)性能，加強(qiáng)焊縫及熱影響區(qū)的隔離保護(hù)和合理制定焊接工藝參數(shù)是獲得優(yōu)良焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。
　　本文旨在探索一種鋯合金新的焊接工藝，以實(shí)現(xiàn)鋯合金優(yōu)質(zhì)焊接。針對脈沖激光焊與真

2、空電子束焊的局限性，利用連續(xù)激光焊具有焊接變形小、焊接速度快及焊接密封性好等優(yōu)點(diǎn)，提出一種鋯合金光纖連續(xù)激光焊接工藝;以0.7mm厚Zr-Sn-Nb合金薄板作為研究對象，通過理論分析結(jié)合單因素法，確定焊接工藝參數(shù)范圍，以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行三因素五水平回歸正交激光焊接試驗(yàn);基于響應(yīng)面法，研究激光焊接熔池形貌與工藝參數(shù)之間的關(guān)系，以焊縫橫截面熔化區(qū)面積，分析激光焊接過程能量耦合行為，為激光焊接溫度場數(shù)值模擬工藝參數(shù)制訂及熱源參數(shù)確定提供依據(jù)。<

3、br>　　采用ANSYS有限元軟件，建立Zr-Sn-Nb合金薄板激光焊接三維瞬態(tài)非線性熱傳導(dǎo)模型，對焊接溫度場分布進(jìn)行數(shù)值模擬分析;充分考慮材料熱物性參數(shù)的溫度相關(guān)性，保護(hù)氣體強(qiáng)制對流、相變潛熱等因素影響;依據(jù)激光能量耦合規(guī)律，通過試錯(cuò)法調(diào)試激光耦合效率，將模擬熔池形狀、尺寸與實(shí)際焊縫進(jìn)行對比，在驗(yàn)證焊接模型和模擬方法可靠的基礎(chǔ)上，通過溫度分布云圖、焊接熱循環(huán)曲線的比較和分析，研究300℃以上區(qū)域溫度場分布與焊接工藝參數(shù)之間的關(guān)系，得到

4、優(yōu)化焊接工藝參數(shù)及焊接需要保護(hù)區(qū)域的尺寸范圍，并對仿真預(yù)測結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。研究結(jié)果可為側(cè)吹保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)及焊接工藝的制定提供依據(jù)。
　　利用金相顯微鏡與掃描電鏡，觀察焊件焊縫的金相組織、相組成及分布、晶粒尺寸及分布;利用顯微硬度儀與電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)，測試焊件顯微硬度及接頭力學(xué)性能;發(fā)現(xiàn)焊縫內(nèi)部沒有裂紋、氣孔等缺陷，焊縫相對于母材元素含量變化較小，晶粒尺寸范圍略微擴(kuò)大但并沒有出現(xiàn)明顯粗化，接頭拉伸性能與母材相當(dāng)，斷裂位置位于母材;基