文摘

在目前的研究中,变形和残余应力的多通道分析了焊接接头对热输入。焊接接头是使用钨电极惰性气体保护焊(GTAW)过程与不同的镍基ERNiCrMo-3填料。这不同的关节是至关重要的核和热发电工厂操作在升高的温度下。变形和残余应力进行了测量使用游标高度规和XRD方法。评估的力学性能,拉伸试验在室温下进行。合格的焊接接头的拉伸试验平均价值593 MPa。在焊缝金属中,显著的变化测量残余应力的顶部表面焊件的厚度与峰值的大小145 MPa 180 MPa融合区。

1。介绍

不同的材料组合,如不锈钢和镍基合金广泛应用于高温和耐腐蚀应用,如发电厂、化学工业、航空航天、核应用程序。总的来说,这种合金的加入得到熔焊,因其性质,包括加入区域的局部加热和冷却工件;焊接过程中产生的热量会导致冶金和结构变化,如变形和残余应力,缩短(或影响)焊接结构的使用寿命。Kumar和波斯货币1]报道热输入的影响在组织和力学性能的焊接制成的AISI 304, 6毫米厚板双v型槽边准备。有三个热输入比较,而层间温度一直保持相当于150°C。发现越低热量输入,极限抗拉强度越高。Adamczuk et al。2]研究了角变形诱导融合区域的凝固(fz)多通道焊接;16毫米,19毫米厚板用于热量输入变量的实验0.06 kJ /毫米到2.5 kJ /毫米。扭曲与线性可变差动变压器测量技术。开发出相应的分析模型,预测焊接引起的变形工艺参数的函数。邓和Murakawa3)开发了一个三维有限元模型,探讨变形机制出现在1毫米,但焊接接头产生的熔化极气体保护焊-过程使用有限元分析软件包。

拉姆库玛儿(4,5]报道的结构特征和力学性能不同的多通道焊接的不锈钢铬镍铁合金(AISI316L / IN625和AISI304 / IN625)关节。一个v型槽联合用于恒定的GTAW过程和脉冲模式与ER2209, ERNiCr-3, ERNiCrMo-3填充棒。传统(光学)和高级(SEM / EDAX)显微镜进行了关节的特点。在这两种情况下,裂缝总是观察到发生在不锈钢母材。微观结构和力学性能的详细研究报告不同的材料(6- - - - - -10];考试进行了不锈钢和镍基合金及其组合使用弧(GTAW和SMAW),摩擦,和电子束焊接过程。弧焊过程进行各种直径的电线与合适的填料提高关节的结构和强度特性。激光、电子束和摩擦焊接过程进行不使用填充材料。填充焊丝的效果也被报道为固体溶解度与焊缝的基材和微观和机械性能。在不同地区的冶金研究报道的焊件。填充金属化学成分的影响进行了分析。发现声音焊接,不容易热裂解,得到填充金属。

Juang和Tarng11)有兴趣发现工艺参数诱导最佳几何在不锈钢钨极惰性气体保护电弧焊焊缝池。为了达到这一目标,他们使用L₁₆(4⁵)正交阵列和改进的田口方法。工艺参数的优化是Manikandan的研究工作的重点12]。实验设计(DOE)和田口方法和L₉正交数组是用来找到更好的穿透深度的脉冲电流引发的钨电极惰性气体保护焊(PCGTAW)的过程。这是观察到脉冲电流是最影响穿透深度的参数。Kumar和Sundarrajan13)调查和基极电流峰值的影响,焊炬速度和频率的结构和AA5456铝合金焊接接头的力学性能。他们使用两级优化参数与L₈正交阵列脉冲TIG焊接过程。他们也观察到的力学性能的改善由于打平的效果。

一个焊接数值模型是由Vemanaboina et al。14,15)研究过程中温度分布和残余应力产生的焊接件GTAW [14)和多通道不同的焊接(IN625 / SS316L) (15]。在这最后的工作,常数和当前脉冲GTAW过程ERNiCrMo-3和ERNiCr-3填充棒。这是观察到当前脉冲GTAW过程中的残余应力较低与ERNiCrMo-3 95%置信水平。最后,它是强调,根部间隙是最关键的参数。Hashemzadeh et al。16]报道的残余应力变化4毫米和6毫米板与单一和多通道焊接工艺,分别。在他们的研究中,温度分布和残余应力测量焊缝的外表面。有限元模型是使用ANSYS商业数值代码开发的^®并与实验结果进行验证。

最好的作者的知识,没有一项研究进行了多次不同的焊接热输入的影响在当下文学。在这部作品中,研究集中在理解热输入的影响在多路不同的焊接残余应力和变形。加入过程进行了用钨极惰性气体保护电弧焊过程SS316L和INCONEL625之间使用ERNiCrMo-3焊条。使用游标高度变形和残余应力测量仪和x射线衍射技术,分别。

2。材料和实验过程

得到了不同SS316L-INCONEL625焊接接头使用钨极惰性气体保护电弧焊过程使用ERNiCrMo-3填充焊丝,适合铬镍铁合金合金各种成绩。过程中,60°V型槽是由三个传递的填充金属。板测量100 mm×60毫米×5毫米,而填充焊丝直径是2.4毫米。父母的材料和填充焊丝的化学成分在这项研究中的应用是收集表1。SS316L和铬镍铁合金625的导热系数是21.26 W / m K和16.78 W / m K,分别。实验中使用的焊接参数的值表进行了总结2。根差距大约是2.0毫米(表2),而电压维持在一个恒定值12伏的所有的试验。层间温度约为200 - 250°C (15,17),以避免在焊接过程中热裂解。

2.1。热输入

热输入量化由方程(1)[15),我是电流(安培),V的电压(伏特),然后呢年代焊接速度(毫米/分钟)。热输入增加根据工艺参数的变化(表使用2)。热输入每个通过计算,平均热输入每个试验报告在图中使用1:

2.2。失真

任何不必要的几何变化或偏离规范装配式结构或组件,由于焊接,焊接变形。不均匀的扩张和收缩的焊缝金属和周围的贱金属产生焊接变形在焊接过程中,存在于整个加热和冷却循环。在不同的焊接,同时还有一个效应引起的非均匀热流造成不同的合金导热系数值和不同耦合合金的热膨胀系数。焊件的角变形的计算17- - - - - -20.),表示在度,进行 在哪里h₁的总高度游标的高度,h₂的总高度是工件的表面,然后呢b板的长度。图2(一个)显示了类型的失真引起的焊接在纵向和横向的焊接件,产生就松开。使用游标的失真测量原理测高计对焊接头如图2。

2.3。残余应力

在这工作,RS测量横向(垂直于焊缝线)在不同距离焊线在两个顶部和底部表面的焊件。在测量之前,样品表面是用金刚砂清理表。电弧焊过程与底层局部加热和冷却循环。热应力和应变的组合效应将使焊接残余应力。残余应力的测量是利用x射线衍射方法进行 在哪里n指的是反射光束的顺序,d是平面晶格间距,λ入射波的波长θ是散射角。残余应力计算的上表面焊缝在横向方向上通过以下方程:

杨氏模量是E,是泊松系数,d₀是轻松的晶格间距。图3显示了在当前使用的设备用于测量焊接残余应力。布拉格155°的角度和波长为2.103(一个)用于测量。表中给出的测量参数3。

3所示。结果与讨论

3.1。无损检测焊接质量分析

射线照相检测是一种无损技术用于检测缺陷等缺陷,焊件的裂缝、孔隙度。试样放置在x射线源和电影在整个成像过程(或探测器)。测试材料的密度和厚度的变化将减少渗透通过交互过程,如散射辐射的强度和/或吸收。可以捕获在电影或吸收电子的变化。第九ASME秒- 2017标准是用于焊接件的质量检测。直接观察到所有焊接件有白线表示可接受的焊接。结果,如图4确认焊接的可靠性进行调查;焊件是免费的缺陷。

3.2。失真

焊接引起尺寸变化引起的温度梯度影响结构的焊接组装。最后焊接后焊接变形测量和关节周围的温度。加热和冷却循环在多通道焊接引起局部非齐次塑性变形,导致变形焊接零件的宏观尺度。这一变化将影响涡轮叶片等关键部件的设计,热交换器,加压器喷嘴激增,需要在装配操作完全符合。低质量选择焊接变形的特点,更好的特点。最低的观察与0.72°trail-1 0.79 kJ /毫米,0.88与1.2°trail-2 kJ /毫米,和在trail-3 1.43°的热量输入1.04 kJ /毫米。0.09焦每毫米的增加热输入,在焊件变形提高到0.48°trail-2 trail-1中被发现。trail-2 trail-3,大约是0.16 kJ /毫米不同热输入,但失真提高到0.23°。在所有的关节,失真低铬镍铁合金的一面比不锈钢的一面;这是由于更高的热导率和更低的热膨胀系数的党卫军合金(18]。焊接变形总热量输入的增加而增加(图5)。然而,它的价值导致总是低于2°,推荐的限制,以确保大会(19]。

3.3。残余应力

它是最常用的破坏性的残余应力的测量方法。压力测量进行了融合区域的所有试验完成后第三个通过环境温度和冷却。纵向和横向残余应力峰值大小在焊接区。拉伸残余应力与峰值的大小被发现在整个板的纵向应力焊接板的上表面融合区。观察到tail-1残余应力值为145 MPa, trail-2 158 MPa, trail-3 180 MPa。焊接接头上的测量值获得的热量输入等于0.79 kJ /毫米,0.88 kJ /毫米,分别和1.04 kJ /毫米。拉伸应力被观察到在融合区。增加的趋势与热输入如图6。尽管SS316L的导热系数是1.3倍的铬镍铁合金材料残余应力表现出更好的安全系数在联合相比亲本材料的屈服强度。热机械性能如热导率、热膨胀系数和基本材料的屈服强度将发挥至关重要的作用在残余应力分布不同的关节。联合获得trial-1特点是基材的安全系数等于1.58,第二个值为1.45时,最后一个值为1.27。几乎线性增加的残余应力与热输入(图6)引发的安全系数降低,这表明减少共同的生活。与0.09 kJ / mm热量输入的增加,发现9 MPa的压力在增加趋势trail-1 trail-2。而从trail-2 trail-3, 0.16 kJ /毫米不同热输入,但残余应力增加拉伸约22 MPa (21- - - - - -24]。基于作者的经验,为了减少焊接残余应力的增加线性趋势,建议首先通过进行更高的焊接电流相比,用于其余的传递。

3.4。焊缝几何

焊缝形状如图6。好宽高比观察所有焊接件。珠几何测量垂直和水平位置的融合区。在图7(一)Trial-1,根部焊道宽度为8.42毫米,填料通过宽度为6.58毫米,最后珠高度是7.37毫米总珠宽度为9.98毫米。在图7 (b)Trial-2,在焊根,宽度为7.37毫米,midpass,焊道宽度为6.11毫米,,在帽,总宽度是12.10毫米总珠6.53毫米的高度。最后,在图7 (c)trial-3,根部焊道宽度为10.82毫米,midpass,宽度为6.03毫米,同时,在帽通过9.80毫米总FZ 7.30毫米的高度。在图7 (c)多余的渗透观测相比其他两个试验是由于更高的焊接电流使用。观察到一个均匀分布的填充金属是全焊接接头。

3.5。抗拉强度

5毫米厚板的多路不同的焊缝进行拉伸性能测试。进行了拉伸试验对所有标本在横向方向上(在整个焊缝)按照ASTM 370: 2012。塑性变形之前观察到样品的断裂。所有的多通道不同焊接失败在母体材料,不锈钢(SS)(图8)。平均抗拉强度和0.2%的证据强度被发现是593 MPa和348.4 MPa,报道在表3。与基材料相比,所有焊接件显示更高的抗拉强度。

4所示。结论

不同焊接625到铬镍铁合金、不锈钢316 l使用GTAW过程进行了各种热输入。所有焊接件被验证是通过射线照相检测无裂缝和缺陷。变形和残余应力被发现随热输入。主要的结果可以概括如下:(我)结合了第二和第三之间的层间温度,热裂纹缺陷的克服(2)纵向应力和横向应力的峰值大小测量最小145 MPa,最大180 MPa,分别焊接条件下(3)平均抗拉强度测量593 MPa的连接效率高于100%(iv)热输入增加,导致更高的变形和拉伸残余应力在焊接件(v)纵向应力和横向应力的峰值大小测量145 MPa 180 MPa,分别在焊件(vi)此外,减少变形和残余应力的峰值,作者建议焊接高热量输入第一通过适当的基础和填料的混合材料,进一步,都有减少热输入第二和第三经过维护层间温度

数据可用性

使用的数据来支持这个研究的发现文章中是可用的。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。