【正文】 擬選定學(xué)位論文的題目名稱鋼(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，甚至出現(xiàn)安全事故；尤其在石油化工閥門管道等領(lǐng)域，不銹鋼的防腐產(chǎn)品有時候并不能勝任苛刻的腐蝕環(huán)境，這時需要使用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題（激光設(shè)備貴重、等離子噴涂結(jié)合力不夠強、電鍍效率不高等），因而尋找經(jīng)濟的表面技術(shù)迫在眉睫。 本課題針對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，探索實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)焊接成型堆焊層的工藝參數(shù)，以實現(xiàn)堆焊層與基體的可靠連接。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)實意義更具有研究意義。……）（1）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。五、 預(yù)期解決的主要問題（對每個預(yù)期解決的問題介紹其難點所在、國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀和趨勢、解決問題的基本思路和技術(shù)路線、預(yù)期解決到什么程度） 問題1：堆焊鎳基合金容易出現(xiàn)熱裂紋 目前的試驗研究結(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共晶物質(zhì)的生成。問題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算公式，建立了合適的有限元模型。并以此為基礎(chǔ)，對雙橢球形熱源模型進行修正，提出了雙絲焊的熱源模型，利用提出的模型進行計算得到的結(jié)果和測量結(jié)果吻合良好。在網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)中，關(guān)鍵問題之一是網(wǎng)格細(xì)分判據(jù)的設(shè)定。在這種情況下，如果還采用較密的網(wǎng)格，就會導(dǎo)致大量密網(wǎng)格的同時出現(xiàn)，造成存儲空間的浪費，大幅度提高運算成本。六、開題條件（包括學(xué)術(shù)條件、設(shè)備條件、經(jīng)費概算及其落實情況）學(xué)術(shù)條件我教研室一直從事先進材料、特種材料以及異種難焊材料的工藝研究，并致力于焊接過程自動控制、弧焊機器人應(yīng)用技術(shù)、焊接設(shè)備與機電一體化技術(shù)等方面。七、文獻(xiàn)綜述（通過對文獻(xiàn)的整理和歸納，對應(yīng)“學(xué)位論文主要研究內(nèi)容”一欄所列出的問題，介紹國內(nèi)外學(xué)者對這些問題的研究結(jié)果及對其前景的看法。 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，甚至出現(xiàn)安全事故；據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，我國每年由于腐蝕造成的經(jīng)濟損失（包括防腐投入）高達(dá)5000億人民幣，大約占我國GDP總值的5%【6】。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合，比如石油化工、海洋作業(yè)等【8】。在現(xiàn)代燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的制造過程中，鎳基高溫合金的用量幾乎占到整個高溫合金用量的80%，鎳基合金在中高溫度下具有優(yōu)異綜合性能，能夠長時間在高溫下工作，并且能夠抗腐蝕和磨蝕，因而是在高溫零部件中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，得到許多超合金冶金研究者的青睞。這種多功能合金材料是在Cr20Ni80合金基礎(chǔ)上發(fā)展問世的，同時為了滿足1000℃左右高溫強度、蠕變抗力、疲勞度和氣體介質(zhì)中的抗氧化、抗腐蝕的要求，合金中加入了大量的強化元素（W、Mo、Ti等），以保證其優(yōu)越的高溫綜合性能。Ni基高溫合金在整個高溫合金體系（Ni系、Co系、Fe系）占據(jù)了絕對重要的地位，它的開發(fā)和使用始于20世紀(jì)30年代末期，是在噴氣式飛機的出現(xiàn)對高溫合金的性能提出更高要求的背景下發(fā)展起來的。隨后科學(xué)界的研究主要集中于合金成分的改進和生產(chǎn)工藝的更新上。（1）Ni的作用。它們主要能起到固溶強化γ基體的作用，對合金的抗熱腐蝕性非常有利。相的數(shù)量和提高γ39。（3）W、Mo的作用。但是使用溫度更高(1000℃)時，W的強化作用較顯著【16】。特別是高Mo的合金，常發(fā)生災(zāi)難性的腐蝕后果。Re具有很高熔點和密排六方晶格結(jié)構(gòu)，這種特點不僅對提高合金的蠕變強度大有益處，而且對于合金的抗氧化性能也有利。這兩種元素均是高溫合金中重要的晶界、枝晶間強化元素。MC型碳化物并不穩(wěn)定，在750—1040℃溫度范圍內(nèi)會發(fā)生緩慢的分解，最后析出顆粒狀的M6C、M23C6碳化物【23】。但加入過多的B，在晶界上容易形成硬而脆的化合物，甚至降低鎳基合金的熱加工性和塑性。相的析出從而減慢γ’相的聚集長大過程，最終可提高鎳基高溫合金的高溫強度。相膜層中【25】。（7）Zr、Hf的作用。盡管高溫合金的氧化性會因合金元素含量而異，而且高溫合金的高溫氧化行為很復(fù)雜，但通常仍以氧化動力學(xué)和氧化膜的組成變化來表征高溫合金的抗氧化能力。BSTMUF601和Inconel601合金氧化后表面生成一層致密的氧化膜，經(jīng)分析主要是Cr和Al的氧化物，且氧化膜外層以Cr的氧化物為主，氧化膜厚度接近50μm，Incoloy800H合金表面氧化層中以Fe的不同結(jié)構(gòu)氧化產(chǎn)物為主。寧禮奎等【30】研究了新型定向凝固鎳基高溫合金DZ68的抗熱腐蝕性能，并與K438合金進行了比較。兩種合金中Ti元素的偏析有促進其它元素偏析的傾向，使合金組織的均勻性惡化，熱腐蝕均勻性變差。 Ni基合金涂層的制備方法 激光熔覆技術(shù)激光熔覆技術(shù)，是一種先進的表面改性技術(shù)，它是利用高能量激光束使添加在表面的改性材料和基體的表面熔化，從而形成具有某些特殊功能（耐磨、耐高溫腐蝕等）及小的稀釋率，并且與基體為冶金結(jié)合的涂層。Lu 等【33】通過激光熔覆的方法在奧氏體不銹鋼 AISI321 上形成了含有NiMoSi，由Mo2Ni3Si組成的初樹枝晶及晶間Mo2Ni3Si/NiSi共晶組成的無缺陷的硅化物涂層，以改善其耐磨性能。等離子噴涂等離子噴涂（）是一種材料表面強化和表面改性的技術(shù)，以等離子弧作為熱源，非轉(zhuǎn)移弧為二次熱源進行表面加熱，可以使基體表面具有耐磨耐蝕、耐高溫氧化、電絕緣、隔熱、防輻射、減磨和密封等性能；而且還具有熔深淺、稀釋率低(5%)、熔覆速度高、成形規(guī)則、加工余量小等優(yōu)點，且易于實現(xiàn)機械自動化，是一種具有發(fā)展前景的堆焊工藝。結(jié)果表明：在氧化膜形成的初期，氧的內(nèi)擴散控制其氧化速率，在氧化膜形成的后期則以Cr離子的擴散為主； 涂層氧化膜的主要成分為SiO2和Cr2O3，涂層的抗氧化性由涂層的組織和成分兩者共同來決定，WC顆粒的加入對涂層的抗氧化性有所增強。鎳由于具有良好的耐蝕性，室溫下抗氧化性能好，并且不與濃硝酸反應(yīng)，能耐堿腐蝕等特性，廣泛用于航空航天、石油化工、汽車電子以及醫(yī)療器械等行業(yè)。盛敏奇等【41】研究了超聲波(100 W100 kHz)對電沉積NiCo合金層的結(jié)構(gòu)、組織形貌和性能的影響。雙層輝光離子滲金屬的基本原理,是在真空容器內(nèi)設(shè)置陽極、陰極(基體)和源極(需滲材料)。該技術(shù)是在離子滲氮的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，將只適用于非金屬元素滲入的表面技術(shù)拓寬至可進行非金屬及金屬元素單元或多元共滲的領(lǐng)域技術(shù)，極大程度擴大了等離子表面合金化技術(shù)的應(yīng)用范圍。Ni、Cr合金元素由表及里呈梯度分布。1997年Fronius公司成功開發(fā)了無飛濺起弧技術(shù)，這項技術(shù)為CMT的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。CMT技術(shù)第一次將送絲運動與焊接過程直接地聯(lián)系起來。當(dāng)焊絲與工件發(fā)生短路時，電流即轉(zhuǎn)變?yōu)楹苄〉亩搪冯娏鳎ǎ?，這時送絲機停止送絲并自動回抽焊絲。短路時焊絲的回抽運動促進了焊絲與熔滴的分離，通過對短路過程的數(shù)字化控制，實現(xiàn)較小的短路電流，從而使熔滴過渡過程無飛濺。（2）弧長控制精確度更高，電弧穩(wěn)定性更強。（6）工作環(huán)境相對潔凈，綠色環(huán)保、節(jié)約能源。其結(jié)果表明：焊接波形呈現(xiàn)典型的直流脈沖變化特征，焊接時熱輸入量較低； 在CMT短路過渡過程中，熔滴尺寸隨焊接電流的增加幅度并不大。 當(dāng)焊接速度為100cm/min、送絲速度為4m/min及焊接速度為80cm/min、 基體界面形成一定厚度的FeAl金屬間化合物層。它采用兩臺CMT電源，一把CMTTwin專用焊槍，兩臺各自獨立的送絲系統(tǒng)，能實現(xiàn)CMTTwin的兩種復(fù)合工藝方式中“脈沖+CMT”工藝，主要用于高速焊接和高效焊接場合，另一種“CMT+CMT”工藝主要用于薄板和堆焊的焊接；這種方法能夠焊接碳鋼、不銹鋼、鋁合金、鎳基合金等幾乎所有的金屬材料。（3）利用最佳規(guī)范堆焊出大面積無宏觀缺陷的合金層，并對其進行金相組織、力學(xué)性能、耐磨性能、成分等進行測試。60~80分選題為本學(xué)科前沿領(lǐng)域，并具有較強的先進性，有一定的理論意義和實用價值；或有一定的技術(shù)難度、實用價值和經(jīng)濟價值；有足夠的工作量。60分以下所選課題涉及的基礎(chǔ)理論和專門知識不夠或解決工程技術(shù)問題所需的基礎(chǔ)理論和專門知識不夠?？偡挚偡?++ C 報告日期報告地點聽眾人數(shù)審批專家組名單姓名職稱所在學(xué)科（專業(yè)）審批專家組意見專家組組長簽字：