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MGH956合金是一种国产先进的铁基氧化物弥散强化(ODS)合金,其具有耐高温、耐腐蚀、抗辐照肿胀以及较高的热物理性能和力学性能,被认为是最有发展前途的聚变堆包层材料,是现有的堆用结构材料中唯一兼备辐照稳定性和良好高温强度的材料。而要想获得高质量的包层构件,熔化焊的质量好坏是其关键的因素,因此开展ODS合金的熔化焊研究是很有必要的。
ODS合金MGH956的熔化焊过程中容易出现氧化物弥散强化相的粗化、数量减少,焊缝组织中晶粒粗化,同时还会产生大量气孔等一系列问题,本文通过对MGH956合金填加Al-Fe2O3填充材料进行TIG原位合金化焊接,生成新的增强相颗粒,补充焊接过程中烧损的增强相颗粒;通过外加激励源方式对TIG焊电弧进行高频调制从而激发出超声电弧,超声激励频率为30KHz,通过改变超声激励电流(0A,15A,23A,30A)来研究分析不同激励电流的超声电弧对焊缝气孔分布、微观组织和接头性能的影响。
通过填加Al-Fe2O3填充材料对ODS合金MGH956进行原位合金化TIG焊时,Al-Fe2O3填充材料中的Al和ge2O3在TIG焊电弧热的作用下发生了强烈的铝热反应,反应放出了大量的热量,使得熔池温度升高,熔池的流动性有所增加,延长了熔池处于液态的时间,更有利于气泡的上浮,使得焊缝内气孔数量相应减少;并且原位反应生成了Al2O3、TiC以及YAlO3等新的增强相颗粒,改善了焊接接头的力学性能。但是焊缝晶粒组织仍然较为粗大,制约着接头性能的进一步提升。
超声电弧TIG焊过程中,超声电弧的加入并没有改变TIG焊电弧的形态。随着激励电流的增大,电弧水平宽度及电弧面积都相应的逐渐增大,使得焊缝的熔宽有所增加。TIG焊过程中施加超声电弧对焊缝气孔的分布、尺寸大小有着一定的影响,随着激励电流的增加,气孔尺寸明显减小,而气孔数量也较为减少。这主要是由于超声的空化效应以及声流效应作用于焊缝熔池中,含有大量气体的空化泡聚集长大后更容易上浮出焊缝表面,从而减少焊缝中的气体含量。
超声电弧能够打断或者细化焊缝熔合线附近粗大的柱状晶的生长;当超声激励电流达到23A时,能够将焊缝中粗大的晶粒击碎,在超声空化效应、声流效应等的作用下,生成细小的等轴晶;当激励电流达到30A时,过大的热输入量使得等轴晶粒过分粗化。超声空化效应能够将聚集的增强相颗粒击散,在超声声流效应的作用下,增强相颗粒能够更加弥散、均匀的分布于焊缝中,从而提高了焊接接头的力学性能。
综合考虑在一定的超声频率下激励电流对焊缝气孔、晶粒组织、增强相颗粒等的影响因素,在激励电流为23A的时候对ODS合金MGH956进行超声电弧原位合金化TIG焊所得到的接头力学性能较好,其接头组织、性能都得到了较大幅度的提高,抗拉强度为611MPa,达到了母材强度的84.9%。