【摘 要】
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400系不锈钢由于其特性在日常生活和工业生产中被广泛运用,不同于奥氏体不锈钢易被焊接,400系不锈钢中含有大量铁素体在焊接的高温热循环下必然会发生组织和性能上的转变,导致焊接接头处力学性能下降,使其在应用上受到一定的限制。而MAG焊和激光+MAG复合热源焊具有焊缝质量好、焊接过程稳定、生产效率高等优势。但由于被焊件的特性不同以及焊接时的参数波动时常会导致焊接接头出现质量缺陷,通常在掌握最佳的焊接参
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400系不锈钢由于其特性在日常生活和工业生产中被广泛运用,不同于奥氏体不锈钢易被焊接,400系不锈钢中含有大量铁素体在焊接的高温热循环下必然会发生组织和性能上的转变,导致焊接接头处力学性能下降,使其在应用上受到一定的限制。而MAG焊和激光+MAG复合热源焊具有焊缝质量好、焊接过程稳定、生产效率高等优势。但由于被焊件的特性不同以及焊接时的参数波动时常会导致焊接接头出现质量缺陷,通常在掌握最佳的焊接参数工艺的基础上要进行合理的焊后热处理,以得到高性能的焊缝,实现良好的材料焊接。本文采用MAG焊和激光+MAG复合热源焊两种焊接方式对5.0mm厚的SUS430不锈钢进行焊接,研究焊接参数对的焊缝成形的影响,并得到最佳参数,并将此参数应用到410L和50Cr15MoV不锈钢的焊接,比较三个钢种在同种焊接参数下焊缝成形的差异。随后通过热膨胀曲线结果设计对应的焊后热处理温度,运用金相观测、EBSD、硬度以及拉伸实验等手段研究了三种不锈钢在两种不同的焊接方式下的可焊性以及焊接接头的力学性能,得到的结果如下:对焊缝宽度、余高尺寸进行的测量结果中可以发现:MAG焊中焊接电压的增加,会导致电弧功率增大,电弧弧长增加,电弧呈现伞状分布,从而导致热源半径增加继而焊缝宽度变大;送丝速度的增加,会导致焊接电流增大,焊缝的宽度、余高变化不大,但由于熔化的焊丝过多,从而产生回流现象,导致焊缝整体宽度变化较大,熔合线中部曲率半径较大;焊接速度的增加,焊缝宽度、余高均呈下降趋势。最终得到MAG焊焊接5.0mm厚的不锈钢带钢最优参数为焊接电压26.5V、送丝速度12.5m/min、焊接速度0.65m/min。由于焊缝成形受母材和焊丝间物理性质差异的影响,三个钢种在同一焊接参数下成形的焊缝也存在差异。激光+MAG焊中激光功率主要用于母材的熔化和焊丝的填充,较小的激光功率无法得到足够的焊缝宽度,导致焊丝填入较少;焊接速度的增加,会导致焊缝宽度、激光熔深和电弧熔深均下降;理论上正负离焦量的数值相同时,工件表面的功率相同,但是负离焦更适合母材的熔化和焊丝的填充,同时离焦量数值越小,电弧熔深越大,焊丝填入充足。最终得到激光+MAG复合热源焊焊接5.0mm厚的带钢最优参数为激光功率6.7kw,焊接速度2.0m/min以及离焦量-5mm。该种焊接方式下成形的焊缝激光熔深部分是由母材直接熔化获得,受母材和焊丝间物理性质差异影响较小,三种钢种在同一焊接参数下成形的焊缝差异不大。使用热膨胀法对SUS430、410L以及50Cr15MoV的相变温度进行测量,根据体积变化图发现:膨胀法无法对SUS430的相变温度进行测量,由金相法证明其奥氏体相变温度为926℃。此外410L和50Cr15MoV均可通过膨胀法测量出其相变温度,其中410L的Ac1和Ac3点分别为845℃和910℃,Ms和Mf点分别为430℃和350℃;50Cr15MoV的Ac1和Ac3点分别为815℃和890℃,Ms和Mf点分别为335℃和120℃。分别为三种带钢的焊接接头设计了5组焊后热处理温度。金相结果显示:随着热处理温度升高,热影响区的铁素体晶粒逐渐长大,马氏体含量减少;当热处理温度超过相变点后,马氏体含量增多,铁素体晶粒不再长大。通过EBSD结果分析,发现当铁素体晶粒在焊接热的影响下发生了奥氏体相变后,奥氏体组织不会被保留,相变来的残余奥氏体随着温度降低全部切变形成马氏体组织。力学性能测试实验的结果表明:随热处理温度的升高,三个钢种的焊接接头延伸率和熔合线附近硬度均呈先上升后下降的趋势。其中SUS430和410L焊接接头处的屈服强度和抗拉强度也随热处理温度的升高呈先下降后上升的趋势,但50Cr15MoV焊接接头的屈服强度和抗拉强度刚好与前两者相反。这是因为其焊接接头处的力学性能远超母材,在力学实验中发生断裂的位置往往在母材中,而母材中的马氏体组织经过热处理时发生了一定的时效强化,从而导致其强度发生了改变。最终测得900℃保温10min空冷后的SUS430焊接接头强度最低、塑性最好;820℃保温10min空冷后的410L焊接接头强度最低、塑性最好;790℃保温10min空冷后的50Cr15MoV焊接接头强度最低塑性最好。
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