超薄不锈钢的P-MPAW焊缝成形质量控制和组织细化

摘要

不锈钢薄板具有光洁的表面、耐蚀性强、无磁性和有很好的高温强度等特点。厚度小于0.2mm的不锈钢薄板在生物制药、医疗器械、微电子、精密仪器制造、核工业、航空航天等领域得到了广泛应用。因此,超薄不锈钢制品的精密焊接就变得越来越重要。目前,对于不锈钢薄板的微束等离子弧焊接的研究,选择的不锈钢薄板的厚度大都在0.2mm以上,并且是对其直流微束等离子弧焊工艺进行研究。对于厚度为0.1mm的不锈钢薄板的脉冲微束等离子弧焊接(英文简称,P-MPAW)焊缝成形质量控制和微观组织的研究几乎没有。超薄不锈钢的P-MPAW焊缝成形质量控制和组织细化便是在这种背景下提出的。
　　本文首先根据0.1mm超薄不锈钢板的易变形和烧穿特性,结合脉冲微束等离子弧焊接方式和脉冲焊热输入线能量控制原理,确立了其焊接方法和焊接参数的相互匹配。使用单面焊双面成形对0.1mm超薄不锈钢板进行脉冲微束等离子弧对接焊。焊接过程中的脉冲电流信号用基于LabVIEW的软件和硬件平台进行采集。
　　在 LabVIEW环境下编写图形化程序对脉冲电流信号上升/下降沿进行测量和分析。根据脉冲电流信号的失真特点,设计了平均失真度测量脉冲电流信号失真的方法,即由幅度失真、相位失真和高频噪声失真的加权平均来度量采集的脉冲电信号的失真程度。通过测量和分析可知,脉冲电流信号的平均失真度随着脉冲频率的增大而增大。脉冲上升/下降沿也随着频率的增大而越明显。
　　使用单因素实验方法,研究了脉冲电流的脉冲参数对焊缝成形的影响。分析表明:在低频,当脉冲频率和脉冲占空比固定时,随着脉冲基脉比的增大,焊缝连续性变得越来越好;在高频,随着脉冲基脉比的增大,焊缝宽度变得越来越均匀。当基脉比较小时,当脉冲占空比和基脉比固定时,随着脉冲频率的增大,不锈钢薄板的焊缝变得越来越连续;当基脉比较大时,随着脉冲频率的增大,焊缝宽度变得越来越均匀。在低频,当脉冲频率和脉冲基脉比固定时,随着脉冲占空比的增大,不锈钢薄板的焊缝变得越来越连续;在高频,随着脉冲占空比的增大,焊缝宽度的均匀性变得越来越好。在不同的脉冲参数下,0.1mmSUS321不锈钢薄板的脉冲微束等离子弧焊缝宽度在0.36mm至0.68mm的范围内变化,而焊缝厚度则围绕0.12mm上下波动。获得良好的焊缝成形质量的脉冲参数选择范围:占空比:30％~70%;基脉比:0.19~0.73;频率:50hz~500hz。
　　通过对焊缝组织的金相分析知,焊缝物相组成为奥氏体,晶粒细小,为较均匀细小的等轴晶,或者等轴晶和柱状晶二者共存。脉冲频率、脉冲基脉比和脉冲占空比会对焊缝组织细化产生影响。当占空比和基脉比固定不变,随着脉冲电流频率的增加,焊缝中心位置奥氏体晶粒大小有逐渐减小的趋势,且变得越来越均匀;当脉冲频率和占空比固定时,焊缝中心位置奥氏体晶粒大小随基脉比的变化规律不明显;当脉冲频率和脉冲基脉比固定时,随着占空比的增大,焊缝中心位置奥氏体晶粒有逐渐增大的趋势,且变得越来越不均匀。
　　脉冲电流信号的失真度和脉冲上升/下降与焊缝成形有密切的关系。当脉冲电流信号的失真度增大时,焊缝宽度先减小后增大。焊缝厚度随失真度的增大基本保持不变。当脉冲电流信号的上升沿增大时,焊缝宽度有逐渐减小的趋势。焊缝厚度随上升沿的增大基本保持不变。

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第一章 绪论

1.1不锈钢薄板的焊接性

1.2 不锈钢薄板焊接方法及研究现状

1.3 焊缝成形质量控制研究现状

1.4 焊缝组织细化研究现状

1.5本课题意义及主要研究内容

第二章 脉冲微束等离子弧焊的脉冲信号特征

2.1 脉冲信号参数

2.2 脉冲信号特征及分析

2.3 本章小结

第三章 焊缝成形质量控制

3.1 影响焊缝成形质量的因素

3.2 焊缝成形质量评定

3.3 P-MPAW快速加热冷却的焊缝成形质量控制

3.4 脉冲参数对焊缝成形的影响

3.5 本章小结

第四章 脉冲参数对焊缝组织细化的影响

4.1 焊缝组织细化的方法

4.2 P-MPAW快速加热冷却的组织细化

4. 3 焊接接头显微组织特征

4.4 脉冲参数对焊缝组织细化的影响

4.5 本章小结

第五章 脉冲信号特征与焊缝成形的耦合

5.1 平均失真度与焊缝成形的耦合

5.2 脉冲上升/下降沿与焊缝成形的耦合

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果