Fe-Mn-Si記憶合金激光焊接性能研究.pdf

1、本文利用YAG脈沖固體激光器和CO2氣體連續(xù)激光器對(duì)Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni記憶合金焊接性能進(jìn)行了研究。通過正交試驗(yàn)優(yōu)選了焊接工藝參數(shù)，利用力學(xué)性能測(cè)試試驗(yàn)和組織結(jié)構(gòu)觀察分析方法對(duì)焊接接頭力學(xué)性能和焊縫組織性能進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究，基于ANSYS有限元分析軟件對(duì)Fe-Mn-Si記憶合金激光焊接的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。
　　基于抗拉強(qiáng)度為評(píng)定指標(biāo)的正交試驗(yàn)可得，1mm厚Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni

2、記憶合金板YAG激光焊接的最佳工藝參數(shù)為電流I=100 A、頻率f=3 Hz、脈寬T=15ms;1 mm厚和2mm厚Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni記憶合金板CO2激光焊接最佳焊接工藝參數(shù)（功率、速度、離焦量）分別為P=1600 W、v=800 mm/min、z=+0.6 mm和P=2000 W、v=250 mm/min、z=-0.5 mm;1 mm厚和2mm厚Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni記憶合金板與304不銹鋼板的

3、最佳CO2激光焊接工藝參數(shù)分別為P=1800 W、v=800mm/min、z=+0.6 mm和P=2500 W、v=800 mm/min、z=-1 mm。
　　Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni記憶合金的應(yīng)力自適應(yīng)特性使激光焊接接頭具有優(yōu)良的抗彎曲疲勞性能，在控制應(yīng)變?chǔ)?5％的情況下，YAG和CO2激光焊接接頭的彎曲疲勞次數(shù)均在430次以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)比材料不銹鋼的50次左右。
　　激光焊縫形貌直接影響著Fe-17Mn

4、-5Si-10Cr-5Ni記憶合金焊接接頭的抗拉強(qiáng)度，YAG激光焊縫和CO2激光焊縫分別呈現(xiàn)出熱傳導(dǎo)焊縫特征和匙孔焊特征，焊縫熔合區(qū)附近熱影響區(qū)不明顯，焊縫組織由兩邊熔合區(qū)向焊縫中心對(duì)稱結(jié)晶，晶粒由胞狀樹枝晶逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闃渲ЫM織，熔合區(qū)的寬度約為80μm;焊縫及焊縫附近的組織中均存在ε馬氏體相，這是由焊接過程中的拉伸殘余應(yīng)力誘發(fā)的γ→ε馬氏體相變所致，同時(shí)，這種ε馬氏體相變又會(huì)促使焊接殘余應(yīng)力松弛。
　　Fe-17Mn-5Si-1

5、0Cr-5Ni記憶合金與304不銹鋼異種接頭焊縫中心兩側(cè)的晶體形態(tài)呈對(duì)稱分布，依次為平面晶、胞狀晶、胞狀樹枝晶，但是焊縫中靠近304不銹鋼一側(cè)的晶粒尺寸明顯小于靠近Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni記憶合金一側(cè)。焊縫中心處組織相容良好，結(jié)晶形態(tài)則以樹枝狀結(jié)晶為主，并且結(jié)晶形態(tài)差異較小。在靠近焊縫一側(cè)的Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni記憶合金處也存在ε馬氏體相，這是由于殘余應(yīng)力誘發(fā)γ→ε馬氏體相變所致;異種接頭全循環(huán)疲勞斷口

6、均由擴(kuò)展區(qū)和瞬斷區(qū)組成，在擴(kuò)展區(qū)中存在著疲勞輝紋帶、解理臺(tái)階和少量弧形撕裂棱，呈現(xiàn)出典型的準(zhǔn)解理脆性斷裂特征，在瞬斷區(qū)中存在著大量的韌窩表現(xiàn)出塑性斷裂特征;異種接頭焊縫元素的成分分布具有明顯的區(qū)域性，分布方式與CO2激光焊接的匙孔效應(yīng)有關(guān)，靠近Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni記憶合金一側(cè)的焊縫金屬仍屬于Fe-Mn-Si系記憶合金。
　　Fe-Mn-Si記憶合金CO2激光焊接的有限元數(shù)值模擬結(jié)果顯示，焊接熱源中心溫度達(dá)到了2