保护气体对304不锈钢光纤激光焊接接头组织和性能的影响

本文研究了不同保护气体对304不锈钢光纤激光焊接接头微观组织、力学性能和腐蚀性能的影响,通过建立光纤激光焊接的三维模型,对比分析了不同类型和不同流量的保护气体对金属蒸汽温度场和速度矢量场的影响。采用不同保护气体对304不锈钢进行光纤激光焊接,并对焊缝的成形、微观组织、元素含量、凝固模式以及力学性能和耐腐蚀性能进行了测试与分析,得出以下结论:

1)采用相同的保护气体时,焊接过程中金属蒸汽的高度会随着保护气体流量的增加而逐渐降低。随着保护气体气体流量的增加,流场的流动变得更加剧烈,流场中的对流作用增强,保护气体会带走更多的热量,能够更加有效地冷却金属蒸汽,从而使金属蒸汽的高度降低。采用不同种类的保护气体时,焊接过程中氮气作为保护气体金属蒸汽的高度最小。与氩气相比,氮气具有更好的导热性。

2)与氩气作为保护气体相比,氮气作为保护气体时,焊缝中氮元素含量有明显的提高。氮气在光纤激光的作用下可以被熔池吸收,还可以抑制金属蒸汽中氮元素的损失,从而增加焊缝中氮元素含量。

3)与氩气作为保护气体相比,氮气作为保护气体时,奥氏体含量有明显的提升,使铁素体含量在合适的范围内。氮元素是奥氏体合成元素,焊缝中氮元素含量的提升会使奥氏体含量增加。

4)从显微硬度试验可以看出,不同保护气体下焊缝的显微硬度均大于母材;与氩气保护相比,采用氮气作为保护气体焊缝的显微硬度有明显的提高。提升焊缝中氮含量可以增加过冷度,提高等轴晶比,减小凝固结构中的平均晶粒尺寸,使焊缝的显微硬度增加。

5)从拉伸试验可以看出,不同保护气体下的拉伸试样均在母材处发生断裂,表明焊缝的抗拉强度均大于母材。采用这三种保护气体进行焊接,焊缝的力学性能均满足实际应用的需要。

6)从电化学试验可以看出,氩气保护下焊缝的耐点蚀性能最差;与氩气保护相比,氮气与氩气混合保护下焊缝的耐点蚀性能有明显的提高;氮气保护下焊缝的耐点蚀性能最好。焊缝中氮元素的提升,一方面可以增加钝化膜的稳定性;另一方面可以提升点蚀坑内的PH,减缓腐蚀速度。不同保护气体下焊缝的晶间腐蚀倾向没有明显的差异,均接近于母材。采用这三种保护气体进行焊接,不会增加焊缝的晶间腐蚀倾向。

文章作者:不锈钢管|304不锈钢无缝管|316L不锈钢厚壁管|不锈钢小管|大口径不锈钢管|小口径厚壁钢管

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