GH4169合金電子束焊接頭組織及疲勞裂紋擴(kuò)展研究.pdf

1、本文以6mm厚GH4169鎳基高溫合金為研究對(duì)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(duì)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(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量?jī)x（XTDIC）和拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)焊縫拉伸變形過(guò)程進(jìn)行分析；采用疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)機(jī)對(duì)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(shí)，能獲得成形最優(yōu)的焊縫，成形美觀無(wú)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(duì)稱性。
　　焊接接頭熱影響區(qū)小，上部組織為朝熱源生長(zhǎng)的γ相，同時(shí)伴隨著二次枝晶形成，中部組織生長(zhǎng)方式由胞狀生長(zhǎng)變?yōu)橹鶢罹L(zhǎng)直到等軸晶生長(zhǎng)，下部組織為細(xì)小的枝晶臂。電子束流對(duì)組織影響不大，而掃描波形會(huì)改變?chǔ)孟嗳∠蚍植?，并減少二次枝晶數(shù)量，焊后熱處理焊縫晶粒細(xì)化，長(zhǎng)條狀枝晶數(shù)量減少。
　　接頭硬度

3、呈母材高、焊縫低的趨勢(shì)。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(cè)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(chǎng)且無(wú)偏移，中心晶粒拉長(zhǎng)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(chǎng)分布于試樣左上角，隨后偏移到試樣右側(cè)，整體應(yīng)變場(chǎng)呈從右到左依次減小的趨勢(shì)。發(fā)現(xiàn)右側(cè)晶粒拉長(zhǎng)變形嚴(yán)重，首先開(kāi)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(mén)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(tái)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(shí)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