多层多道焊接转子工艺模拟及参数优化

以汽轮机焊接转子为研究对象,建立多层多道氩弧焊工艺的二维轴对称有限元模型,采用双椭球体热源模型,利用生死单元技术及Dflux热源移动子程序对焊接工艺过程进行数值模拟,分析温度场与应力场的分布及焊接工艺优化方法。结果表明,多层多道焊接过程中,温度经历多次升温与冷却,形成复杂的热载曲线,后层焊接对前层具有显著的应力释放作用,焊缝区平均应力水平降幅可达20%,两侧基体平均应力水平升高,改善了接头应力分布的不均匀性;同层3条焊道相对2条焊道的焊缝区域应力水平略有下降,但高应力水平区宽度增加,焊接变形增大,坡口顶部及底部的变形量增大约7.9%。研究认为,同层焊道数量对接头应力及变形具有重要影响,应合理选择。

温度时效对SnAgCuLa/Cu接头金属间化合物层形貌和厚度的影响

SnAgCu系无铅钎料是颇具潜力的SnPb系钎料替代品,但该钎料在钎焊过程中会在钎料/铜基板界面生成具有一定厚度的金属间化合物层。锡基钎料钎焊接头的服役温度一般高于常温,在服役温度下,钎焊接头的金属间化合物(IMC)层的形态和厚度均会发生改变。本实验采用Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料,向其中添加不同量的La(x=0,0.2,0.5),比较各成分钎焊接头常温IMC层厚度,并将不同成分钎料的接头分别在75℃、125℃、160℃温度时效处理24h后,观察界面IMC层的形态并计算尺寸。结果表明,适量La的添加对界面IMC层的生长具有抑制作用;当La的添加量为0.5wt.%,与未添加La时相比,常温条件下,其IMC层厚度下降了41.51%;温度时效后,接头IMC层厚度与时效温度近似呈线性关系,且随着La的增加,其比例系数减小。

Ce的添加对Sn-Ag-Cu合金电阻率和组织的影响

通过Ce的添加以及熔体结构转变两个方面探究其对Sn-3.8Ag-0.7Cu的影响。运用直流四电极法测量Sn-3.8Ag-0.7Cu-XCe(X=0%,0.2%,0.5%,1%)合金在液相线以上电阻率随温度的变化,得出无铅焊料Sn-3.8Ag-0.7CuXCe合金存在温度诱导的熔体结构转变,并且这种转变是可逆的。随着Ce添加量的增加,合金的熔点升高。凝固实验结果显示,熔体结构转变以及稀土元素Ce的添加均可以细化合金微观组织,且当Ce的添加量为0.2%时,微观结构最细小均匀。

时效温度对9Cr-CrMoV钢焊接接头组织和性能的影响

采用窄间隙钨极氩弧焊随后再采用窄间隙埋弧焊技术对9Cr钢和Cr Mo V钢进行了多道次焊接。对焊接接头分别于470和538℃时效处理8 000 h。检测了焊接接头的显微硬度分布、不同区域的显微组织、冲击韧性及冲击试样的断口形貌,以揭示时效温度对其组织和性能的影响。结果发现:随着时效温度从470℃提高至538℃,焊缝区硬度下降了约20 HV0. 2,冲击吸收能量从21. 4 J升高至22.9 J,这是由于焊缝区晶界析出相长大、晶界得到显著强化所致。

NiCrMoV钢焊接转子接头韧性研究

针对核电低压焊接转子用NiCrMoV钢焊接接头的韧性进行研究,分别对母材、接头热影响区、焊缝内柱状晶区、焊缝内细晶区等各区域进行冲击韧性测试,结合断口处形貌及微观组织特征,研究韧性与组织的相互关联机制。结果表明,焊接接头各区域的冲击性能均满足要求,热影响区冲击性能波动较大,焊缝柱状晶区沿晶界开裂使得其冲击性能较弱。裂纹沿柱状晶晶界扩展及柱状晶晶界上少量碳化物析出是焊缝内柱状晶区域韧性较低的主要原因。

熔体结构转变对Sn-Ag-Cu-xCe钎料性能的影响

以Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料为对象,研究熔体结构转变和稀土元素Ce的添加对钎料性能的影响。研究发现Sn-3.8Ag-0.7Cu-xCe存在温度诱导的液-液结构转变,且经过熔体过热处理的钎料凝固组织较为细化,组织分布更加均匀,钎料的润湿性能和接头的剪切强度也得到提高;同时熔体结构转变还能够改善焊后界面IMC的形态。Ce的添加对钎料凝固组织有一定的影响,当Ce的质量分数大于0.2%时,随着Ce含量的增加,组织逐渐变得粗大、不均匀;另外,随着Ce含量的增加,钎料的润湿性能和接头剪切强度均呈先增加后降低的趋势,在试验范围内,当Ce的质量分数为0.2%时,钎料的润湿性能最佳,接头剪切强度最高。熔体结构转变和微量的Ce的添加均可以改善Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料的性能。

电站用9Cr钢长时时效组织演变及冲击性能

以9Cr钢为研究对象,系统研究620℃长时时效过程中的组织演变及冲击功变化规律。结果显示,未经时效处理(原始态)的9Cr钢室温冲击功测试值为140 J左右。经过长时时效处理(时效态)的9Cr钢室温冲击功降低至30 J左右。原始态9Cr钢中的析出相以M_(23)C_(6)型碳化物为主,尺寸在100~200 nm之间。时效态9Cr钢中部分M_(23)C_(6)相长大至500 nm,且存在脆性Laves相。M_(23)C_(6)相的长大和Laves相的出现,在削弱合金元素的固溶强化作用的同时也造成沉淀强化作用的降低,导致高温长时时效处理后的9Cr钢的冲击性能降低。高温长时时效后的析出相整体尺寸细小且无明显聚集,表现出良好的组织稳定性。室温冲击功与时效时间的关系式(W=129.7exp(-t/1 193.4)+25.6)反映出9Cr钢在更长时间的时效过程中其冲击性能仍旧符合使用要求。