超细颗粒焊剂约束电弧加热超窄间隙侧壁机制及用于改善奥氏体不锈钢焊缝耐蚀性的基础研究

超窄间隙焊接具有比常规窄间隙焊接更加优良的接头性能，更低的焊接变形量及残余应力，以及更高的焊接效率，因而在装备制造领域具有非常广阔的应用前景。然而研究表明，超窄间隙焊接时存在电弧易沿间隙侧壁攀升和侧壁根部不易被电弧加热的问题。本项目采用金属丝网衬垫焊剂颗粒的工艺，利用超细颗粒焊剂熔化后形成的熔渣壁对电弧进行约束，实现了电弧对超窄间隙两侧壁及其根部的有效加热，并将通过建立电弧、熔渣壁、间隙侧壁三者间的相互作用模型，分析金属丝网衬垫焊剂颗粒工艺改善电弧稳定性和电弧加热间隙侧壁特性的机理，以及电弧阴极斑点在超窄间隙中的分布与调控机制，从而对超细颗粒焊剂约束电弧加热超窄间隙侧壁的机制进行系统研究。此外，还将超细颗粒焊剂约束电弧超窄间隙焊接应用于奥氏体不锈钢以改善其焊缝耐蚀性，并对焊缝耐蚀性的改善机理进行系统研究。该研究结果将为早日实现超窄间隙焊接的工程化应用提供理论依据和试验基础。

超窄间隙焊接具有比常规窄间隙焊接更加优良的接头性能，更低的焊接变形量及残余应力，以及更高的焊接效率，因而在装备制造领域具有非常广阔的应用前景。然而研究表明，超窄间隙焊接时存在电弧易沿间隙侧壁攀升和侧壁根部不易被电弧加热的问题。本课题采用金属丝网衬垫焊剂颗粒的工艺，利用超细颗粒焊剂熔化后形成的熔渣壁对电弧进行约束，实现了电弧对超窄间隙两侧壁及其根部的有效加热。设计了适用于超细颗粒焊剂约束电弧超窄间隙焊接用的专用焊枪，并取得了良好的焊接效果。采用陶瓷绝缘板替换超窄间隙单侧侧壁的方法进行了超窄间隙焊接试验，并对所得焊缝熄弧处的弧坑与渣壳形貌进行观察和分析，以此建立了超窄间隙中超细焊剂颗粒约束电弧机制的模型。采用不同形状金属丝网衬垫焊剂颗粒的工艺进行了超窄间隙焊接，并根据所得超窄间隙焊缝横截面形貌，分析了不同形状金属丝网衬垫焊剂颗粒工艺对超窄间隙电弧稳定性及电弧加热侧壁的影响机制。同时，还对金属丝网衬垫焊剂颗粒工艺防止超窄间隙电弧断续状燃烧的机制进行了分析。通过合理调节电弧电压与电流，改善了电弧、熔渣壁及间隙侧壁间的作用关系，使电弧阴极斑点在超窄间隙内合理分布，从而实现了对超窄间隙焊缝成形的有效控制。在其它焊接参数确定的情况下，通过改变电弧电压和焊接电流，明确了1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢超窄间隙焊缝的成形规律，并且获得了成形良好的电弧电压与焊接电流匹配范围。此外，1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢超窄间隙焊接接头的力学性能及耐蚀性试验表明，其具有接近于母材的力学性能以及优于母材的耐晶间腐蚀性能。