SAE9310钢电子束焊接工艺及接头组织性能研究

论文摘要

SAE9310钢是一种综合性能良好的渗碳轴承钢,目前国内关于此类钢号的焊接性及接头组织性能研究较少。电子束焊接具有能量密度高、焊缝深宽比大、保护环境好等诸多优点,是精密焊接此类钢种的最佳选择,研究SAE9310钢电子束焊接工艺及接头组织性能具有重要理论意义和应用价值。本文对SAE9310钢的电子束焊接技术进行研究。通过工艺试验分析了各焊接参数对SAE9310钢焊缝成形的影响。通过室温拉伸、室温冲击、显微硬度、金相、扫描电镜等分析手段综合评价了焊接接头力学性能及组织特征,在此基础上设计并制造材料为SAE9310钢的尾桨齿轮轴模拟件,进行电子束焊接试验验证。实验研究结果表明:SAE9310钢焊接性良好,当选择合适焊接工艺参数时,可获得成形良好的焊接接头。焊接接头抗拉强度与母材等强,拉伸试样断裂方式为微孔聚集型断裂,属于典型的韧性断裂;焊接接头具有较高的冲击韧性,冲击试样断口整体呈现出韧窝+准解理断裂特征,以韧性断裂为主,在裂纹扩展阶段发生脆性断裂。焊缝及热影响区显微硬度均高于母材。焊缝组织主要为细小板条马氏体,夹杂了少量残余奥氏体,熔合区附近以柱状晶和树枝晶为主,焊缝中心区域为等轴晶。SAE9310钢电子束焊接接头横向残余应力拟合呈正弦分布,为拉应力;纵向残余应力拟合呈直线逐步递减分布,焊缝附近纵向残余应力为拉应力,远离焊缝处为压应力。本文最后设计并制造尾桨齿轮轴模拟件,采用电子束焊接进行验证。试验结果表明电子束焊缝成形良好,无明显焊接缺陷;焊缝窄且平行、深宽比大;焊接接头应力变形小,组织性能达到预期效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 电子束焊接技术介绍
• 1.3 电子束焊接技术发展现状
• 1.4 渗碳轴承钢概述
• 1.5 研究内容及方法
• 2 试验材料与试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.3 小结
• 3 SAE9310 钢电子束焊缝成形工艺研究
• 3.1 前言
• 3.2 材料碳当量与焊接性分析
• 3.3 单一工艺参数对焊缝成形的影响
• 3.4 多参数调节情况讨论
• 3.5 焊缝缺陷及控制方法讨论
• 3.6 小结
• 4 SAE9310 钢电子束焊接接头组织特征与力学性能
• 4.1 前言
• 4.2 室温拉伸
• 4.3 室温冲击
• 4.4 硬度试验
• 4.5 金相组织
• 4.6 小结
• 5 SAE9310 钢尾桨齿轮轴模拟件电子束焊接研究
• 5.1 前言
• 5.2 SAE9310 钢平板焊后残余应力测试
• 5.3 尾桨齿轮轴模拟件及焊接夹具设计
• 5.4 尾桨齿轮轴模拟件电子束焊接验证
• 5.5 小结
• 6 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录一 试样数据
• 附录二 攻读学位期间发表的学术论文