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低膨胀Fe-Ni合金,也称因瓦合金,该类合金的膨胀系数很低,应用领域已从传统的精密仪器领域向电子工业和特殊结构材料领域拓展。结构材料使用领域包括:LNG储罐,长距离电力传输线,大型飞机复合材料的模具,超大规模集成电路用光刻机主基板和测量支架等。 因瓦合金作为结构材料使用时,焊接产品使用过程中的稳定性特别重要。影响稳定性的主要因素除了焊接过程中可能产生的热裂纹外,焊接接头能否保持与母材相当的低膨胀系数和低值残余应力,也是急需解决的问题。本文针对国内牌号为4J36的低膨胀合金,研究其焊接应力控制及其性能优化。 论文首先对厚为10mm的4J36材料试板进行焊接,采用MIG焊方法,焊丝为国产直径为1.2mm的4J36焊丝,选择Ar+2%O2作为保护气体,通过试验确定电流、气体流量和焊接速度等参数,获得优良焊接接头。 论文采用压痕应变法无损检测技术测试焊接残余应力。测试之前对4J36低膨胀合金试板进行了实验标定,以确定测点残余应力时该材料应力应变之间的精确关系。 对焊接试板分别采用420℃保温4小时、650℃保温2小时、750℃保温2小时、850℃保温2小时的热处理制度进行退火处理。测试经不同温度退火的焊接试板残余应力、焊接接头抗拉强度、平均线膨胀系数、弹性模量等结果表明:按不低于650℃的制度进行热处理,残余应力下降显著,抗拉强度没有降低,平均线膨胀系数和弹性模量变化幅度较小。从应力和性能的测试结果以及工程实施的方便性,推荐4J36合金的热处理制度为750℃×2h。 为了探讨低膨胀合金的焊接残余应力分布规律,论文采用MARC有限元分析软件进行了数值模拟研究结果表明:4J36低膨胀合金较低的热导率对其焊接残余应力的影响并不明显,低膨胀系数是关键因素。另外焊接模拟中旋加纵向拉伸应力之后,发现焊后残余应力水平呈现反向变化,对于焊接构件是否可以预加应力场以降低焊接后的残余应力水平,具有一定的指导意义。