深熔TIG焊接430铁素体不锈钢接头性能强化及关键工艺研究

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1、深熔TIG焊接430铁素体不锈钢接头性能强化及关键工艺研究ResearchonweldperformanceoptimizationofAISI430ferriticstainlesssteelviadeeppenetrationTIGweldingandpivotaltechniques学科专业:材料加工工程作者姓名:解龑指导教师:罗震教授天津大学材料科学与工程学院二零一七年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学

2、位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要深熔TIG焊接工艺是一种采用大焊接电流、非约束电弧的新型穿孔焊接工艺，焊接过程不需要填充

3、焊丝及制备坡口，单道焊接即可实现中厚板一次焊透、单面焊双面成型。且设备成本及生产成本较低，便于现场焊接，在中厚板材焊接中具有巨大的应用潜力。由于深熔TIG焊接热输入量较大，故应用于部分材料时，会使接头组织粗大，降低接头的性能，限制了深熔TIG焊的应用。探索了深熔TIG焊接8mm厚AISI430铁素体不锈钢的焊接工艺，分析了接头组织组成，测试了接头的力学性能及耐腐蚀性能。由于深熔TIG熔池体积较大，流动行为复杂，为了更深入理解熔池的稳定过程以及缺陷的形成原因，结合钛元素示踪及三维重构方法，从三维尺度研究了深熔TIG熔池的流动行为。并进行了改善焊接接头组织与性能的方法探索：结合高频脉冲焊

4、接电流以降低热输入，结合添加304奥氏体不锈钢中间层的方法提高接头中的奥氏体含量，以及采用焊后热处理方法促进接头内元素均匀化。研究结果表明，深熔TIG工艺焊接430不锈钢的工艺参数中，较高的电流与较高的焊接速度相匹配，即使在较小的热输入下，较大的焊接电流也有助于实现更大的熔深。接头分为焊缝区、高温热影响区、低温热影响区三个部分，其中，焊缝主要由粗大的柱状铁素体晶粒以及部分分布于晶界处的残余奥氏体组成，铁素体基体中分布有颗粒状马氏体。接头拉伸强度与SMAW、GMAW和GTAW方法制备的接头相近；接头的耐腐蚀性能较母材有一定降低。理想的深熔TIG熔池分为三个区域，分别为由表面张力推动的马

5、兰格尼对流圈、由洛伦兹力推动的对流圈，以及两个对流圈之间的过渡区域。与传统直流恒流焊接电流相比，高频脉冲电流显著降低了热输入，焊缝变窄，焊缝区中残余奥氏体含量增加，热影响区宽度变窄。与直流恒流接头相比，接头的拉伸性能及冲击性能有显著提高，接头的耐腐蚀性能没有明显变化。加入奥氏体中间层后，焊缝区内出现大量初生奥氏体相，接头的拉伸性能以及冲击性能较直流恒流接头有显著提高，接头耐腐蚀性能有显著提高。进行焊后热处理后，碳化物沉淀以及马氏体回熔，接头的拉伸性能超过母材，然而与直流恒流接头相比，焊后热处理接头的耐腐蚀性能有一定下降。关键词：深熔TIG焊接，铁素体不锈钢，接头性能强化，三维重构评价

6、IABSTRACTDeeppenetrationTIGweldingisarecentlydevelopedkeyholeweldingprocess,whichadoptslargeweldingcurrentandunrestrainedarc.Thisprocessenablessinglepasswelding,withoutfillermetaladditionorjointpreparation.Theequipmentcostandproductioncostarelowanditisconvenientforsitewelding.DeeppenetrationTIG

7、processhasgreatpotentialintheweldingofmediumthicknessplate.DuetothelargeamountofheatinputofdeeppenetrationTIGwelding,whenappliedtosomematerials,themicrostructureandperformanceofthejointsareunsatisfactory.Thatlimitstheapplicationof