管道的瞬时液相扩散焊技术研究

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1、管道的瞬时液相扩散焊技术研究范振红(材料加工工程)指导教师：孙永兴教授摘要瞬时液相扩散焊(TLP)是一种高效快速的焊接方法，其具有焊接温度低，母材不熔化，可焊接异种材料，变形小，强度接近母材，高温性能好，设备投资及焊接成本低等特点。为将TLP焊接技术应用到油田管道的焊接中，论文根据管道常用钢16MnR的特点和中间层材料选择的原则，选用Ni60自熔性合金粉末和Fe-Si．B非晶箔片作为中间层进行TLP焊接，研究了TLP焊接接头显微组织和力学性能；中间层性质和焊接工艺参数对焊接接头显微组织及力学性能的影响；焊接接头区域的元素分布情况：焊接接头拉伸断口形貌特征；ⅡP焊接界面

2、形成机制；并采用有限元软件ANSYS对焊接接头区域的温度场和应力场进行模拟。研究结果表明：采用Ni60合金粉末做中间层时，焊缝区域存在大量的空洞和夹杂，焊接接头的力学性能很差(抗拉强度不足80MPa)，粉末材料的致密性差是造成焊接质量差的根本原因。采用Fe,-Si．B非晶箔片做中间层时，通过正交试验优化，获得最佳焊接工艺参数(焊接温度1150"C，焊接压力6MPa，保温时间10m／n)，焊接工艺参数对焊接接头质量的影响由主到次为：焊接温度，焊接压力和保温时间。焊缝缺陷主要是空洞和未熔合缝隙，拉伸断口呈现出解理、准解理、塑性断裂的形貌特征。电子探针分析表明：硼元素在焊缝

3、附近的母材里均匀分布；硅元素的浓度分布呈从中问层向两侧母材逐渐下降的趋势，在焊缝附近区域存在偏聚；锰元素在焊缝两侧发生局部聚集。TLP焊接界面的形成过程包括熔化的中间层在母材表面润湿及铺展；氧化膜破碎；中间层与母材发生互扩散使界面及空Ⅱ洞消失；接头成分均匀化四个阶段。有限元模拟分析表明：焊接接头的残余应力主要产生在冷却的初始阶段，在靠近中间层两侧的母材附近残余应力的值较大，母材上的x轴向拉应力在外周边达到最大；采用中间过渡层焊接，可以缓解焊接接头应力的集中，有利于提高焊接接头的强度。关键词：TLP；管道焊接；有限元；过渡区；扩散HITheAppficafionofTr

4、ansientLiquid-PhaseDiffusionBondinginPipelineWeldingFanZhan-hong(MaterialProcessing)DirectedbyProfessor：SunYong-xingAbstractTLPisahigheffectiveweldingmethodwhosecharacteristicsislowwddingtemperature，infusiblebasematerial，suittoweldheterogene／tymateriat,lowtrimsformation,intensionapproxi

5、matetobasematerial，goodhigh-temperatureperformance，lowinv鹤tment．NowTLPhasbeenapreferredweldingmethodforweldingadvancedmaterial，italsohasgreatapplicationpotentialincarbonsteel．，InordertoapplytheTLPinpipdinesoldering．choosingself-fluxingalloyNi60andFe．Si—Bamofphousfoil勰interlayer(accordin

6、gtothepropertyof16MnR)．StudythemicroscopicstructurefeatureandmechanicspropertyoftheT"joint；theinfluenceoftheinterlayerandparametersOnthemicroscopicstructureandmechanicsperformance；thedistributionofdementsiIlthejointarea；theappearanceoftheslretchfiacture；themechanismofTLPsolder．Finallyus

7、ingfinitedementsoftwareANSYStosimulatethetemperaturefieldandstre怒sfieldofthejoint．resultsindicatethatwhenusingNi60船interlayer,therealealotofcavitiesandforeignimpuritiesinthejointarea,themechanicsperformanceofthejointislow．ThereasonisthelowcompactofthepowderNi60．WhenusingFe-Si—B