磁场辅助激光-MIG复合焊接对316L焊缝组织与性能影响的研究

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1、分类号学号D201577199学校代码10487密级博士学位论文磁场辅助激光-MIG复合焊接对316L焊缝组织与性能影响的研究学位申请人：陈荣学科专业：机械电子工程指导教师：邵新宇教授蒋平教授答辩日期：2018年9月7日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringResearchonInfluenceofMicrostructureandPropertiesof316LWeldsviaMagneticFieldAssistedLas

2、er-MIGHybridWeldingCandidate:RongChenMajor:MachineryandElectronicsEngineeringSupervisor:Prof.XinyuShaoProf.PingJiangHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaSeptember,2018独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和

3、集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于保密□，在年解密后适用本授权书。华中科技大学博士学位论文摘要磁场辅助激光-MIG复合焊接结合了激光能量密度高、电弧桥接能力好及磁场能调控微观组织的优点，相比电弧焊接，可以提高焊接速度；相比激光焊接，可以改善桥接能力并调控

4、焊缝微观组织。但是目前国内外关于磁场辅助激光-MIG复合焊接对焊缝微观组织及性能影响的研究极少。本文针对SUS316L不锈钢，采用磁场辅助激光-MIG复合焊接的方法，开展了如下研究：首先对焊缝微观组织进行表征，结合熔池上表面形态及焊缝截面形貌的分析，研究了磁场辅助激光-MIG复合焊接对焊缝微观组织的影响；然后对焊缝腐蚀疲劳裂纹萌生寿命和裂纹扩展速率进行测试，对裂纹萌生源、裂纹扩展路径及裂纹尖端进行分析，研究了微观组织与腐蚀疲劳性能的关联关系；最后，研究了该焊接方法对焊缝腐蚀疲劳性能的调控机制。研究过程中取得了如下成果：（1）发现了在16mT-24mT外加磁场作用下，焊缝内铁素体含量减少，且呈骨

5、架状形态的现象；结合熔池上表面形态及焊缝截面形貌分析，外加磁场通过与电弧电流及感生电流的交互作用，促进熔池在16mT-24mT磁场作用下沿长度及宽度方向发生扩张，即产生了“磁致熔池扩张效应”；磁场对激光-MIG复合焊接熔池的影响会延长316L高温铁素体向奥氏体相变持续时间，即促进δ-γ相变过程，从而减少焊缝内铁素体含量，即“磁致316L焊缝δ-γ相变增强”。（2）发现了在24mT外加磁场作用下，焊缝内晶粒取向多样化现象，且骨架状铁素体与奥氏体呈非K-S取向关系；分析了凝固前沿液态金属流动状态，外加磁场通过与电弧电流、感生电流及热电流的交互作用，在熔池凝固前沿液态金属内产生扰动并加速液态金属的流

6、动，即产生了“磁致凝固前沿热电磁效应”；磁场对激光-MIG复合焊接熔池凝固前沿液态金属流动的影响会改变凝固前沿最大温度梯度（T）方向并减max小温度梯度，减弱晶粒沿着<100>//T方向快速生长趋势，促进316L焊缝内晶粒取max向多样化，即“磁致316L焊缝晶粒取向多样化”。（3）建立了晶粒取向与腐蚀疲劳裂纹萌生的关联关系：①基于316L塑性变形过I华中科技大学博士学位论文程中双系滑移最易发生滑移的晶面为{100}，磁场辅助激光-MIG复合焊接减少了焊缝内沿<100>方向定向生长的晶粒，从而抑制局部滑移带开裂；②发现了316L焊缝内铁素体取向分布对局部腐蚀的影响规律，即铁素体取向多样化促

7、进Cr元素分布均匀，提高焊缝表面电势均匀性，减少局部腐蚀，抑制腐蚀疲劳裂纹源形成；①②协同作用，抑制了腐蚀疲劳裂纹萌生。（4）建立了铁素体相与腐蚀疲劳裂纹扩展速率的关联关系：①基于316L焊缝内铁素体对奥氏体的“盾化效应”，磁场辅助激光-MIG复合焊接减少焊缝内铁素体，从而减弱铁素体对奥氏体的“盾化效应”，促进焊缝在腐蚀疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端奥氏体发生形变诱导马氏体相变的过程，利用相变过程的体