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Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni記憶合金焊接性能進行了研究。通過正交試驗優(yōu)選了焊接工藝參數(shù)，利用力學性能測試試驗和組織結構觀察分析方法對焊接接頭力學性能和焊縫組織性能進行了深入系統(tǒng)的研究，基于ANSYS有限元分析軟件對Fe-Mn-Si記憶合金激光焊接的溫度場和應力場進行了數(shù)值模擬。
　　基于抗拉強度為評定指標的正交試驗可得，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記憶合金的應力自適應特性使激光焊接接頭具有優(yōu)良的抗彎曲疲勞性能，在控制應變ε=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，遠遠大于對比材料不銹鋼的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度，YAG激光焊縫和CO2激光焊縫分別呈現(xiàn)出熱傳導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)向焊縫中心對稱結晶，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力誘發(fā)的γ→ε馬氏體相變所致，同時，這種ε馬氏體相變又會促使焊接殘余應力松弛。
　　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的晶體形態(tài)呈對稱分布，依次為平面晶、胞狀晶、胞狀樹枝晶，但是焊縫中靠近304不銹鋼一側的晶粒尺寸明顯小于靠近Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni記憶合金一側。焊縫中心處組織相容良好，結晶形態(tài)則以樹枝狀結晶為主，并且結晶形態(tài)差異較小。在靠近焊縫一側的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、均由擴展區(qū)和瞬斷區(qū)組成，在擴展區(qū)中存在著疲勞輝紋帶、解理臺階和少量弧形撕裂棱，呈現(xiàn)出典型的準解理脆性斷裂特征，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有關，靠近Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni記憶合金一側的焊縫金屬仍屬于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)值模擬結果顯示，焊接熱源中心溫度達到了2