超薄超纯铁素体不锈钢激光焊接头组织和性能的研究

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铁素体不锈钢材料作为一种重要的工程材料,比其他金属与合金有诸多显著特点,已被广泛用于工程建筑、医疗器械、厨房用品、织纺工业、石油工业、原子能、太阳能热水器和环境机械的结构中。但焊接热循环使得接头组织粗晶、脆化、抗腐蚀性能降低,因此铁素体不锈钢材料的焊接问题成为其大规模发展的瓶颈。激光加工技术以其诸多优点对超薄超纯铁素体不锈钢的焊接具有潜在优势。本文利用500W脉冲Nd:YAG固体激光器对超薄超纯443铁素体不锈钢进行焊接性研究;探讨了脉冲激光焊P-LBW对接接头的显微组织、物相、力学性能、断口形貌以及抗晶间腐蚀性能与抗氯离子腐蚀性能;研究了最优工艺规范下焊接接头的微观变化与宏观表现;并与钨极氩弧焊TIG、脉冲钨极氩弧焊P-TIG接头组织、性能进行了对比分析和评价。研究结果表明:超薄超纯443铁素体不锈钢焊接接头的显微组织由铁素体相与细小弥散的富铬碳化物和(或)氮化物组成,接头晶粒长大明显,焊缝区熔合线处沿温度梯度反方向生长为粗大的柱状晶,焊缝中心有小区域的粗大等轴晶,接头晶粒尺寸TIG大于P-TIG,大于P-LBW,母材晶粒尺寸最小。P-LBW接头的显微硬度最高,为208.9HVo.1,比P-TIG(191.6HV0.1)提高了9.03%,比TIG(188.2HV0.1)提高了11.00%,比母材(167.9HVo.1)提高了24.42%;母材的屈服强度Re02高于P-LBW接头,高于P-TIG接头,TIG接头最低,母材抗拉强度Rm与P-LBW相当,高于P-TIG接头,TIG接头抗拉强度最低,母材延伸率最高,高于P-TIG接头,高于P-LBW接头,TIG接头最低;拉伸断口SEM显示,三种接头均为韧性断口,但从韧窝的大小与深度可判断出母材韧性最好,P-LBW接头其次,优于P-TIG接头,TIG接头韧性最差;焊缝区的粗晶与焊缝表面下塌导致了接头的塑性低于母材,母材的杯突值大于P-TIG接头,大于TIG接头,大于P-LBW接头。焊接接头的硫酸-硫酸铜晶间腐蚀试验表明,抗晶间腐蚀性能P-LBW接头优于P-TIG接头,TIG接头最差;480h盐雾腐蚀试验后母材M、TIG、 P-TIG和P-LBW焊接接头腐蚀速率分别为1.96×10-8g·mm-2·h-12.165×10-8g·mm-2·h-1、2.125×10-8g·mm-2·h-1、1.92×10-8g·mm-2·h-1,由此可看出,母材的抗氯离子腐蚀能力与P-LBW接头相当,高于两种TIG接头,而P-TIG的抗氯离子腐蚀能力与TIG接头相当。综合所有性能测试结果可看出,P-LBW接头的综合性能明显高于TIG接头与P-TIG接头。P-LBW是焊接超薄超纯443铁素体不锈钢的优异方法之一。
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