【正文】 南京理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文開(kāi)題報(bào)告姓 名： 伍鋼 學(xué) 號(hào)： 112161358 學(xué) 科： 材料學(xué) 所在院系： 材料學(xué)院 指導(dǎo)教師： 余進(jìn) 年 月 日填注：本表內(nèi)容盡可能打印,宋體小四號(hào)，單倍行距。一、 擬選定學(xué)位論文的題目名稱(chēng)鋼(不銹鋼)基體上CMT雙絲堆焊鎳基合金工藝研究二、 選題的科學(xué)意義和應(yīng)用前景在石油化工管道、熱交換器、船舶等產(chǎn)品中腐蝕現(xiàn)象特別突出，很容易造成巨大的損失和浪費(fèi)，甚至出現(xiàn)安全事故；尤其在石油化工閥門(mén)管道等領(lǐng)域，不銹鋼的防腐產(chǎn)品有時(shí)候并不能勝任苛刻的腐蝕環(huán)境，這時(shí)需要使用Ni基高溫耐腐合金，盡管很貴重，成本較高，依舊是不可避免的，目前也有很多表面技術(shù)熔敷鎳基合金，例如激光熔敷、等離子噴涂、電鍍等，但這些方法存在一定的問(wèn)題（激光設(shè)備貴重、等離子噴涂結(jié)合力不夠強(qiáng)、電鍍效率不高等），因而尋找經(jīng)濟(jì)的表面技術(shù)迫在眉睫。 本課題針對(duì)Q235以及奧氏體304不銹鋼表面堆焊Inconel625Ni基合金的焊接工藝探究，采用奧地利Fronius公司生產(chǎn)的CMTTWIN雙絲焊接設(shè)備，探索實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)焊接成型堆焊層的工藝參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)堆焊層與基體的可靠連接。研究焊接工藝主要包括焊接參數(shù)（電壓、電流、送絲速度、焊接速度等）對(duì)焊縫成形以及組織的影響，并對(duì)最佳成型試樣作相關(guān)的力學(xué)性能測(cè)試、金相組織分析、成分測(cè)試，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行總結(jié)和展望。三、 背景科研項(xiàng)目情況簡(jiǎn)介CMT焊接技術(shù)是一種全新的MIG氬弧焊，熱輸入小、無(wú)飛濺、成形美觀(guān)，而雙絲焊技術(shù)具有效率高、熱輸入小等優(yōu)點(diǎn)，CMTTWIN雙絲焊接技術(shù)融合了CMT技術(shù)和雙絲焊接技術(shù)，這中集成技術(shù)有利于實(shí)現(xiàn)大面積的堆焊工藝。與此同時(shí)在碳鋼表面堆焊鎳基合金這種防腐層，這樣不僅可以提高材料使用壽命和性能，而且還能夠節(jié)約貴重金屬的使用，大大降低了成本。而且目前現(xiàn)有的激光熔敷焊方法雖然也能制備較優(yōu)質(zhì)的合金層，但裂紋不可避免，另外激光設(shè)備成本高昂，不易大批生產(chǎn)；等離子噴涂技術(shù)也比較成熟，但是孔隙度和結(jié)合力仍然是面臨的主要問(wèn)題；電鍍雖然也能獲得均勻的鍍層，但是制造成本較高、生產(chǎn)效率也不是很理想；綜上所述，CMT雙絲焊接技術(shù)堆焊鎳基合金的工藝研究不僅具有現(xiàn)實(shí)意義更具有研究意義。四、學(xué)位論文主要研究?jī)?nèi)容（羅列本學(xué)位論文研究的主要問(wèn)題，例：本學(xué)位論文主要包括以下幾個(gè)方面的研究?jī)?nèi)容：納米流體的制備：主要研究……。納米流體輸運(yùn)參數(shù)實(shí)驗(yàn)研究：主要研究……。納米流體聚集結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)理論研究：主要研究……?！?）探究CMTTwin這種新型焊接技術(shù)在Q235和304不銹鋼上堆焊inconel625的工藝規(guī)范以及影響因素。（2）通過(guò)討論單因子的影響后，進(jìn)行正交工藝優(yōu)化試驗(yàn)，找到最佳工藝參數(shù)。（3）利用最佳規(guī)范堆焊出大面積無(wú)宏觀(guān)缺陷的合金層，并對(duì)其進(jìn)行金相組織、力學(xué)性能、耐磨性能、成分等進(jìn)行測(cè)試。（4）對(duì)參數(shù)不良時(shí)的焊接缺陷進(jìn)行分析和提出相應(yīng)預(yù)防措施。五、 預(yù)期解決的主要問(wèn)題（對(duì)每個(gè)預(yù)期解決的問(wèn)題介紹其難點(diǎn)所在、國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀和趨勢(shì)、解決問(wèn)題的基本思路和技術(shù)路線(xiàn)、預(yù)期解決到什么程度） 問(wèn)題1：堆焊鎳基合金容易出現(xiàn)熱裂紋 目前的試驗(yàn)研究結(jié)果表明，鎳基合金的可焊性很差，容易出現(xiàn)熱裂紋缺陷，目前采取的主要措施是： 嚴(yán)格控制焊絲和母材中的S、P等元素的含量，減少或者避免低熔點(diǎn)共晶物質(zhì)的生成。 采取焊前預(yù)熱、焊后緩冷以及優(yōu)化焊接熱輸入。預(yù)熱和緩冷不僅可以減少焊接殘余應(yīng)力，而且也能使成分均勻化，減小偏析，進(jìn)一步減小裂紋傾向。問(wèn)題2：如何調(diào)節(jié)工藝參數(shù)來(lái)減少電弧干擾采用兩臺(tái)CMT雙絲焊機(jī)，在兩臺(tái)電源之間增加一個(gè)協(xié)同裝置，從而減少兩個(gè)電弧之間的影響作用，避免電弧干擾導(dǎo)致的磁偏吹和焊接不穩(wěn)定以及氣孔等缺陷，采取協(xié)同和脈沖可以避開(kāi)兩者的電流作用。問(wèn)題3：雙絲焊熱源模型的建立董克權(quán)等人分別以高斯熱源模型及雙橢球形熱源模型為基礎(chǔ)，推導(dǎo)出兩種模型用于雙絲焊的計(jì)算公式，建立了合適的有限元模型。在充分考慮各種邊界條件下，對(duì)兩種模型所建立的溫度場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算，得到25鋼的雙絲焊接瞬態(tài)溫度場(chǎng)的分布規(guī)律。兩種模型的仿真結(jié)果與工藝試驗(yàn)結(jié)果比較表明，雙橢球形熱源模型比高斯熱源模型更適合雙絲焊的三維有限元分析。哈爾濱工業(yè)大學(xué)現(xiàn)代焊接生產(chǎn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孟慶國(guó)等人通過(guò)對(duì)雙絲焊電弧形態(tài)及熔滴過(guò)渡路徑進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)雙絲焊時(shí)前絲和后絲的電弧均向兩絲中間偏轉(zhuǎn)，利用此現(xiàn)象解釋了模擬結(jié)果誤差產(chǎn)生的原因。并以此為基礎(chǔ)，對(duì)雙橢球形熱源模型進(jìn)行修正，提出了雙絲焊的熱源模型，利用提出的模型進(jìn)行計(jì)算得到的結(jié)果和測(cè)量結(jié)果吻合良好。問(wèn)題4：焊接熱源高度集中，溫度場(chǎng)分布極不均勻，在焊縫附近應(yīng)采用足夠細(xì)密的網(wǎng)格劃分以達(dá)到必要的精度，結(jié)果造成自由度數(shù)目龐大，解題規(guī)模大。國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)，網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)是一種根據(jù)求解精度的需要，自動(dòng)調(diào)整網(wǎng)格粗細(xì)以便高效處理存在局部大梯度分布問(wèn)題的方法。最早由McDill等人提出，并在焊接領(lǐng)域得到應(yīng)用。在網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)中，關(guān)鍵問(wèn)題之一是網(wǎng)格細(xì)分判據(jù)的設(shè)定。，發(fā)展出綜合優(yōu)化判據(jù)，使網(wǎng)格劃分更加合理。解決問(wèn)題的基本思路和技術(shù)路線(xiàn)：在焊縫及其附近的部位用加密的網(wǎng)格，這樣考慮了在焊縫處溫度梯度變化較大等因素，能夠在保持精度的同時(shí)減少網(wǎng)格的數(shù)量。因?yàn)橹挥性跓嵩锤浇庞休^大的溫度梯度，所以在移動(dòng)熱源的情況下，離熱源較遠(yuǎn)的其它部位，即使也處于焊縫及其周?chē)膮^(qū)域，也沒(méi)有很大的溫度梯度。在這種情況下，如果還采用較密的網(wǎng)格，就會(huì)導(dǎo)致大量密網(wǎng)格的同時(shí)出現(xiàn)，造成存儲(chǔ)空間的浪費(fèi)，大幅度提高運(yùn)算成本。因此，較理想的方法是，隨著熱源的移動(dòng)，加密網(wǎng)格也跟著移動(dòng)，這稱(chēng)為動(dòng)態(tài)可逆的自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)。它允許根據(jù)自適應(yīng)誤差準(zhǔn)則自動(dòng)細(xì)化網(wǎng)格，在誤差減小到一定程度后，自動(dòng)回到細(xì)化前的較稀疏的網(wǎng)格狀態(tài)。這種技術(shù)可有效地處理有移動(dòng)邊界的場(chǎng)問(wèn)題，在焊接分析時(shí)，可使運(yùn)動(dòng)的焊槍前沿和熔池等部位始終保持細(xì)密的網(wǎng)格，而焊后逐漸冷卻的焊縫可恢復(fù)稀疏網(wǎng)格。六、開(kāi)題條件（包括學(xué)術(shù)條件、設(shè)備條件、經(jīng)費(fèi)概算及其落實(shí)情況）學(xué)術(shù)條件我教研室一直從事先進(jìn)材料、特種材料以及異種難焊材料的工藝研究，并致力于焊接過(guò)程自動(dòng)控制、弧焊機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)、焊接設(shè)備與機(jī)電一體化技術(shù)等方面。近年來(lái)又進(jìn)行焊接自動(dòng)化、智能化領(lǐng)域的研究工作，并指導(dǎo)多名碩士研究生對(duì)脈沖TIG焊、CO2焊動(dòng)態(tài)過(guò)程控制的研究工作，進(jìn)行了異種鋁合金、銅鋼異種金屬和鎂鋁異種金屬的雙絲焊研究工作，弧焊機(jī)器人任務(wù)規(guī)劃技術(shù)應(yīng)用軟件、專(zhuān)家系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)研究，焊接過(guò)程的數(shù)值模擬，車(chē)體炮塔弧焊機(jī)器人焊接質(zhì)量控制技術(shù)的研究、大口徑彈帶熔覆焊技術(shù)研究、弧焊電源與控制技術(shù)、機(jī)電一體化焊接設(shè)備、氣體保護(hù)焊和等離子焊接技術(shù)的研究等，取得了令人矚目的成就。設(shè)備條件奧地利Fronius生產(chǎn)的CMT雙絲焊設(shè)備，掃描電鏡，電子拉伸試驗(yàn)機(jī)，ANSYS軟件。經(jīng)費(fèi)概算和落實(shí)情況總共經(jīng)費(fèi)預(yù)計(jì)需要5萬(wàn)元，現(xiàn)已落實(shí)。七、文獻(xiàn)綜述（通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)的整理和歸納，對(duì)應(yīng)“學(xué)位論文主要研究?jī)?nèi)容”一欄所列出的問(wèn)題，介紹國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)這些問(wèn)題的研究結(jié)果及對(duì)其前景的看法。）眾所周知，鋼鐵材料由于其儲(chǔ)存豐富、成本低廉且有較優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，成為現(xiàn)代化制造業(yè)以及工程中應(yīng)用最為廣泛的一類(lèi)材料。我國(guó)不僅是鋼材生產(chǎn)大國(guó)，也是消耗大國(guó)；隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，世界范圍內(nèi)鋼鐵消耗總量也會(huì)隨之增加，尤其是鋼板的需求量也會(huì)大幅度提高【2】。而鋼鐵材料中，碳鋼（%）憑借其良好的韌塑性而成為用途最為廣泛的鋼鐵材料，通過(guò)添加相應(yīng)的合金元素（Cr、Ni、Mo等等）可以進(jìn)一步優(yōu)化其性能，在機(jī)械電子、汽車(chē)、船舶等工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。 雖然碳鋼的用量很大，但是和其他金屬材料一樣，都容易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，腐蝕與材料所處環(huán)境密切相關(guān)【3】尤其在石油化工管道、熱交換器、船舶等產(chǎn)品中腐蝕表現(xiàn)特別突出【5】，容易造成巨大的損失和浪費(fèi)，甚至出現(xiàn)安全事故；據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年由于腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失（包括防腐投入）高達(dá)5000億人民幣，大約占我國(guó)GDP總值的5%【6】。因而，為了提高材料壽命、減小損失和材料浪費(fèi)，金屬材料的防腐工作迫在眉睫，相關(guān)研究人員也做了許多廣泛的科研工作。目前，在碳鋼表面進(jìn)行改性已成為防腐工作的主要方向，包括激光熔敷、等離子噴涂、電鍍、CVD等等的表面技術(shù)都得到了系統(tǒng)而廣泛的研究【7】。 不銹鋼是碳鋼表面防腐的有效涂層材料，這方面的報(bào)道和研究也很多，但是在某些苛刻的腐蝕環(huán)境中仍然會(huì)有防腐能力不足的問(wèn)題。鎳基合金具有良好的耐高溫氧化、耐磨、耐腐蝕等優(yōu)異的性能，是理想的耐高溫防腐材料，尤其是一些不銹鋼不能完全勝任的場(chǎng)合，比如石油化工、海洋作業(yè)等【8】。本課題以碳鋼（Q235）和不銹鋼（304）為基體材料，利用CMTTWIN（即冷金屬過(guò)度雙絲焊）技術(shù)，在基體表面堆焊鎳基合金（inconel625），以期獲得致密結(jié)合良好的包覆層，達(dá)到良好的高溫防腐效果。盡管激光焊、等離子電弧等堆焊技術(shù)已經(jīng)有了廣泛的研究，但是成本較高，而且堆焊層依舊存在一些缺陷（裂紋、氣孔、不致密等）。CMTTWIN這種新型的焊接技術(shù)基于CMT單絲焊接方法【9】發(fā)開(kāi)而來(lái)，不僅成本相對(duì)低廉，熱輸入小，基體對(duì)堆焊層的稀釋率也低；另外雙絲堆焊效率高，因而是一種非常具有前景的表面改性焊接技術(shù)，本文探究此種方法的堆焊工藝性不僅具有研究?jī)r(jià)值更具有實(shí)際意義。在現(xiàn)代燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的制造過(guò)程中，鎳基高溫合金的用量幾乎占到整個(gè)高