【摘要】：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)微變化都會對焊接質(zhì)量產(chǎn)生重要影響,300℃以上時,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)。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;基于焊件外觀形貌、微觀組織和接頭力學(xué)性能的分析與測試結(jié)果,表明本文探索的鋯合金激光焊接工藝用于核電產(chǎn)業(yè)實(shí)際工況的可行性。
[Abstract]:Zirconium alloys are widely used in nuclear power industry because of their excellent nuclear properties, mechanical properties and corrosion resistance. Welding is an essential connection technology in the manufacture of zirconium alloy equipment, but in laser welding process, zirconium alloy sheet has strong sensitivity to laser energy, and the subtle changes of technological parameters will have an important effect on welding quality. When the temperature is above 300 鈩，

本文編號：2441149