【正文】 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。南京理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文開題報(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。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。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。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……。納米流體聚集結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)理論研究：主要研究……。（2）通過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)。（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。 采取焊前預(yù)熱、焊后緩冷以及優(yōu)化焊接熱輸入。問題2：如何調(diào)節(jié)工藝參數(shù)來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)同和脈沖可以避開兩者的電流作用。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。哈爾濱工業(yè)大學(xué)現(xiàn)代焊接生產(chǎn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孟慶國等人通過對(duì)雙絲焊電弧形態(tài)及熔滴過渡路徑進(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。問題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。最早由McDill等人提出，并在焊接領(lǐng)域得到應(yīng)用。發(fā)展出綜合優(yōu)化判據(jù)，使網(wǎng)格劃分更加合理。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圍的區(qū)域，也沒有很大的溫度梯度。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)，這稱為動(dòng)態(tài)可逆的自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)。這種技術(shù)可有效地處理有移動(dòng)邊界的場(chǎng)問題，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。近年來又進(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、專家系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)研究，焊接過程的數(shù)值模擬，車體炮塔弧焊機(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。經(jīng)費(fèi)概算和落實(shí)情況總共經(jīng)費(fèi)預(yù)計(jì)需要5萬元，現(xiàn)已落實(shí)。）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)用最為廣泛的一類材料。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、船舶等工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。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。 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題。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。CMTTWIN這種新型的焊接技術(shù)基于CMT單絲焊接方法【9】發(fā)開而來，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。鎳基高溫合金除了在石油化工輸送管道、熱交換器、高溫廢液處理等方面應(yīng)用，更多的使用在航空領(lǐng)域1000℃下工作的零部件中，比如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片、渦輪機(jī)構(gòu)、燃燒室。Ni基高溫合金是以Ni為基體（含量50%），在650—1000℃之間內(nèi)擁有較高的強(qiáng)度和良好的抗氧化、抗腐蝕能力的高溫合金【10】。鎳基高溫合金按制造工藝，可分為變形高溫合金、鑄造高溫合金、粉末冶金高溫合金。鎳與其他合金元素可組成不同的體系，其性能也各異，如Ni Cr系、Ni FeCr 系、NiCrMo 系等。英國在1941年首先生產(chǎn)出了Ni基合金：，之后為了提高蠕變強(qiáng)度又添加元素Al，；美國于40年代中期，蘇聯(lián)40年代后期，中國于50年代中期都成功研制出鎳基高溫合金，50年代初真空熔煉技術(shù)為煉制高含Al和Ti的鎳基合金開辟了道路，50年代后期采用熔模鑄造技術(shù)發(fā)展出一系列具有良好高溫強(qiáng)度的鑄造合金。從四十年代到七十年代，Ni基合金的工作溫度從700℃提高到了1100℃【11】。在所有的高溫合金中，Ni基合金的組成最復(fù)雜，在受熱耐蝕環(huán)境中用途廣泛，也是最受科研學(xué)者們關(guān)注的對(duì)象。除了常見的需要控制的P、S等雜質(zhì)元素以外，鎳基合金中通常還需要添加含有十余種甚至更多的合金元素，比如Cr、Co、W、Mo、Re、C、B、Ta、Nb、Ti、Al、Zr、Hf等等，用以改善鎳基合金的性能和組織。Ni基體為面心立方結(jié)構(gòu)，組織非常穩(wěn)定，從室溫到高溫不發(fā)生同素異型轉(zhuǎn)變，因而作為基體非常有利。（2）Cr、Co的作用。Cr可促進(jìn)顆粒狀碳化物在奧氏體晶界上彌散析出（或者沉淀）強(qiáng)化晶界，還可以保護(hù)合金表面不受OH2S等作用而產(chǎn)生高溫氧化和熱腐蝕。Co主要進(jìn)于γ基體，降低γ基體的堆垛層錯(cuò)能，減小Al、Ti等在基體中的溶解度，從而增加γ39。相的溶解溫度，這些對(duì)于提高合金的蠕變抗力有著顯著的增強(qiáng)效果。但是Co也明顯降低合金的初始熔化溫度，這對(duì)于高溫合金不利，因此其含量應(yīng)控制在合理的范圍。這兩種元素對(duì)于γ基體和γ39。Mo比W的效果更為顯著，只有加入不小于(7%～8%)W時(shí)才顯著地改善合金的熱強(qiáng)性。但它們都能促進(jìn)TCP相形成，尤其是Mo等偏析元素在枝晶間富集，對(duì)合金的組織穩(wěn)定性非常不利。在有硫酸鹽的環(huán)境中，易發(fā)生酸性熔融反應(yīng)而產(chǎn)生嚴(yán)重的熱腐蝕。因此Mo含量一般限定在2%以內(nèi)。自擴(kuò)散對(duì)于合金的蠕變性能至關(guān)重要，而金屬元素的自擴(kuò)散常數(shù)決定于熔點(diǎn)、晶體結(jié)構(gòu)和原子價(jià)等等。但Re價(jià)格昂貴，主要應(yīng)用在單晶高溫合金中。（5）C、B的作用。C和B可以結(jié)合一定數(shù)量的TCP相形成元素，從而提高組織穩(wěn)定性。鎳基高溫合金中常見的碳化物有MC、M6C、M23C6等，其中MC型碳化物具有FCC結(jié)構(gòu)，且一般呈點(diǎn)狀、條狀和骨架狀三種形態(tài)分布于合金內(nèi)的枝晶間和晶界上。M6C型碳化物具有復(fù)雜FCC結(jié)構(gòu)，在一些W、M含量高的鑄造鎳基高溫合金中，結(jié)晶時(shí)就能析出M6C，它們十分穩(wěn)定，并且很難通過熱處理方法予以消除。M3B2是鎳基高溫合金中常見的硼化物，其點(diǎn)陣常數(shù)在a=，c=，另外也會(huì)少量的M4BMB12等其它硼化物。（6）)Ta、Nb、Ti、Al的作用。相形成元素，能夠置換Ni3Al中Al原子的位置；在高溫合金中添加這些元素之后，能促進(jìn)γ39。與此同時(shí)，Ta、Ti、Nb、是MC型碳化物形成元素，它們能夠加快MC的析出，起到強(qiáng)化晶界的作用。對(duì)合金性能有利的最佳晶界結(jié)構(gòu)為細(xì)小的碳化物顆粒彌散地分布在γ39。 然而長(zhǎng)期時(shí)效期間， 晶界粗化會(huì)嚴(yán)重加劇， 碳化物呈鏈狀分布，最后會(huì)降低合金的性能【26】。在某些FeNi基高溫合金中，有時(shí)也會(huì)加入較多的Nb，促使Ni3Nb相的析出，但這種相與基體點(diǎn)陣參數(shù)相差較大，引起較大程度的晶格畸變，可以顯著提高合金在一定高溫以下的屈服強(qiáng)度。這兩種元素都是強(qiáng)烈促進(jìn)γ’相的形成元素，強(qiáng)烈偏聚于晶界和枝晶間，起到強(qiáng)化晶界的作用，它們與S有比較強(qiáng)的親合力，因而可以凈化晶界，能夠有效減少晶間腐蝕的傾向。鎳基合金在高溫條件下，其抗氧化性主要依靠Al2O3和Cr2O3的氧化膜層保護(hù)起作用，所以鎳基合金必須至少含有Al、Cr兩者中的一種，尤其是當(dāng)強(qiáng)度要求并不主要的時(shí)候，要特別注意合金的抗高溫氧化性能和熱腐蝕性能雙重要求。北京科技大學(xué)的孫朝陽等【27】通過高溫循環(huán)氧化實(shí)驗(yàn)，研究了3種鎳基合金在1095℃和1150℃的高溫抗氧化行為，并采用掃描電鏡(SEM)和能譜分析 (EDS) 研究了氧化膜表面形貌、氧化膜厚度及成分。1095℃下合金的氧化動(dòng)力學(xué)曲線呈拋物線規(guī)律（），1150 ℃