GH4169合金電子束焊接頭組織及疲勞裂紋擴(kuò)展研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、本文以6mm厚GH4169鎳基高溫合金為研究對象,采用電子束焊研究焊接接頭組織和焊縫疲勞裂紋擴(kuò)展。采用金相顯微鏡(OM)和掃描電子顯微鏡(SEM)對不同電子束流、掃描波形和熱處理狀態(tài)下的焊接接頭顯微組織進(jìn)行分析;采用三維散斑動態(tài)應(yīng)變測量儀(XTDIC)和拉伸試驗機(jī)對焊縫拉伸變形過程進(jìn)行分析;采用疲勞裂紋擴(kuò)展試驗機(jī)對焊縫疲勞裂紋擴(kuò)展速率進(jìn)行分析。研究的主要結(jié)論有:
  束流29mA時,能獲得成形最優(yōu)的焊縫,成形美觀無明顯缺陷,接頭橫

2、截面呈上寬下窄的釘形。電子束流增大,熔深顯著增加,深寬比增大。加入掃描波形易導(dǎo)致焊縫背面未焊透,接頭橫截面中下部出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象,呈不對稱性。
  焊接接頭熱影響區(qū)小,上部組織為朝熱源生長的γ相,同時伴隨著二次枝晶形成,中部組織生長方式由胞狀生長變?yōu)橹鶢罹L直到等軸晶生長,下部組織為細(xì)小的枝晶臂。電子束流對組織影響不大,而掃描波形會改變γ相取向分布,并減少二次枝晶數(shù)量,焊后熱處理焊縫晶粒細(xì)化,長條狀枝晶數(shù)量減少。
  接頭硬度

3、呈母材高、焊縫低的趨勢。電子束流增大,焊縫硬度升高。加入掃描波形不能提升焊縫硬度。熱處理后母材硬度提升了96HV,焊縫硬度提升了111.5HV。最優(yōu)工藝參數(shù)下焊縫抗拉強(qiáng)度達(dá)到母材的96.3%,熱處理后母材和焊縫的抗拉強(qiáng)度增加了281Mpa和275Mpa,延伸率達(dá)到36%和31%,性能顯著提升。
  XTDIC測試結(jié)果顯示,熱處理后母材和焊接試樣變形斷裂方式不同。熱處理母材試樣中心形成最大應(yīng)變場且無偏移,中心晶粒拉長變形嚴(yán)重,裂紋于

4、中心萌生,朝四周擴(kuò)展最后發(fā)生斷裂。焊后熱處理試樣初始最大應(yīng)變場分布于試樣左上角,隨后偏移到試樣右側(cè),整體應(yīng)變場呈從右到左依次減小的趨勢。發(fā)現(xiàn)右側(cè)晶粒拉長變形嚴(yán)重,首先開裂,并朝左側(cè)擴(kuò)展最后發(fā)生斷裂。熱處理焊縫斷口較熱處理母材斷口韌窩較淺,塑性更差。焊后熱處理焊縫斷口存在熔合不良,氣孔等缺陷。
  GH4169合金母材、最優(yōu)參數(shù)焊縫、S形掃描焊縫及圓形掃描焊縫的疲勞裂紋擴(kuò)展符合Paris公式。不同焊縫抗裂紋擴(kuò)展能力均優(yōu)于母材,且最優(yōu)

5、參數(shù)焊縫抗裂紋擴(kuò)展能力最好。估算母材和不同焊縫的疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值,母材抗裂紋萌生能力優(yōu)于不同焊縫。加入圓形掃描波形有助于提升焊縫的抗裂紋萌生能力。
  GH4169合金疲勞裂紋擴(kuò)展斷口分為裂紋萌生區(qū)、裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬斷區(qū)。擴(kuò)展初期存在解理小臺階,為準(zhǔn)解理斷口。擴(kuò)展中期有明顯的疲勞條帶形成,同時伴隨著撕裂棱。擴(kuò)展快速區(qū)為撕裂棱、孔洞和二次裂紋構(gòu)成的微孔聚集形韌窩斷口。母材裂紋源萌生于中部區(qū)域,焊縫裂紋源主要萌生于近表面夾雜物及焊接缺

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