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焊接速度对奥氏体不锈钢焊缝质量及拉伸性能的影响

来源:至德钢业 日期:2020-05-17 19:12:37 人气:59

焊接速度对焊缝成形的影响

评价奥氏体不锈钢激光叠焊质量可靠性的重要依据是力学性能,但首先保证焊缝成形质量,其中焊缝表面成形包括是否存在飞溅、咬边、塌陷、裂纹、气孔及表面氧化程度等。焊缝熔深、熔宽也是衡量焊缝质量的重要参数,根据板式换热器的使用工况,下板不得被焊透,因而熔深应控制在一定范围内。有研究表明焊缝最大拉剪力与结合面宽度呈现正比关系,因此在其他表征相同的情况下,优先选择结合面宽度大的参数。焊缝形貌对接头性能有着很大影响,而激光焊接工艺参数决定焊接接头的成形质量。本章研究了焊接速度、激光功率、离焦量及保护气流量对焊缝形貌和力学性能的影响,并对理想工艺参数条件下所获得的焊接接头的微观组织、显微硬度、拉伸断口形貌和气孔进行了分析。

焊缝的表面成形质量和横截面形貌可以直观反映焊接质量。在激光功率2500W、离焦量+4mm、保护气体流量25L/min条件下,研究焊接速度的变化对304不锈钢激光叠焊接头宏观形貌的影响。不同焊接速度条件下获得的304激光焊接接头形貌如图3.1所示。由图可知,在其他参数不变的条件下,随着焊接速度从0.9m/min增加到2.1m/min,焊缝正面颜色发生变化,由焦黄变为白亮。在激光焊接过程中,随着焊接速度的增加线能量降低,焊缝表面氧化程度不断减弱。焊接速度较小时,焊接线能量高,熔池能够达到更高的温度,焊缝高温停留时间增加,所需保护气体保护时间更长,故焊缝正面氧化变色现象严重。同时,根据横截面形貌可知,随着焊接速度的增加,焊缝宽度逐渐变窄,熔深变浅。焊缝的横截面形貌由Y型向T型逐渐过渡。当焊接速度为0.9m/min时,下板虽然没有被熔透,但下表面隆起明显。这是由于焊缝下侧无垫板,悬空不利于焊缝余热的向下传递,焊缝下侧母材热影响严重,发生塑性形变。图3.2和图3.3所示分别为焊接速度对熔深、熔宽的影响曲线和焊接速度对结合面宽度的影响曲线。由图可知,在其他参数条件不变的情况下,随着焊接速度的增加,接头的熔深、熔宽均显著降低,结合面宽度也呈降低趋势。焊接速度从0.9m/min增加到2.1m/min,熔宽由3.32mm减小至2.11mm,熔深由3.46mm减小至2.44mm,结合面宽度由0.96mm减小至0.67mm。由于随着焊接速度的增大,单位长度焊缝吸收的激光能量减少,母材的熔化量降低,熔池的尺寸逐渐减小,焊缝的熔深和熔宽呈下降趋势;同时,匙孔的体积随之缩小,焊缝束腰处宽度变窄,导致结合面宽度下降。

焊接速度对拉伸性能的影响

力学性能是评价接头质量的重要标准。为了检验接头的力学性能,对不同工艺参数条件下所获得的焊接接头进行了静拉伸性能测试。图3.4所示为当激光功率2500W、离焦量+4mm、保护气体流速25L/min时,不同焊接速度下焊接接头平均机械抗力。由图可知,随着焊接速度的增加,平均机械抗力呈下降趋势。当焊接速度由0.9m/min增加至2.1m/min时,平均机械抗力由716N/mm下降至479N/mm,随着速度的提高平均机械抗力下降显著,结合图3.3可知,平均机械抗力变化趋势和结合面宽度变化趋势基本一致。

根据板式换热器的使用要求,焊接熔深应控制在一定范围内,根据下板背面成形质量的要求,熔深控制在3mm左右最为合适,此时,下板表面氧化变色不显著,且焊接变形量小。焊接速度较小时,可以获得较大熔深的焊缝,其力学性能高,但同时带来较差的表面成形以及较大的焊接形变。反之,焊接速度较大时,获得焊缝熔深较浅,其力学性能低,但表面成形良好以及焊接形变较小。根据焊缝上表面成形情况、焊缝熔深及拉伸强度综合衡量,焊接速度控制在1.2-1.5m/min较为合理。

本文标签:奥氏体不锈钢 

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