304L不锈钢氩氮混合气GTAW焊接工艺研究

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1、304L不锈钢氩氮混合气GTAW焊接工艺研究StudyontheGTAWWeldingProcessof304LStainlessSteelwithAr-N2MixedGas学科专业：材料工程作者姓名：邵珠晶指导教师：程方杰教授企业导师：丁文斌高工天津大学材料科学与工程学院二零一七年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成杲,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人己经发表或拱写过的研究成果,也不包含为获得:尺津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工`'作的同志

2、对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名:昕签字日期:γ冫年f)月归哞黜学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名:Π导师签名:'韶‰夂许晶月叫日:签字日期:冫o冫年⒓月′I日签字日期:冫讠,年摘要304L奥氏体不锈钢因具有良好的

3、耐蚀性、低温性能和焊接性等特点被广泛应用于液化天然气、石油化工和船舶制造等行业领域。尤其是近些年来，我国对液化天然气的需求量急剧增加，大量304L不锈钢管材被用于建造存储和运输液化天然气的相关设备。为了保证不锈钢接头的耐蚀性和低温性能，氮元素作为一种强奥氏体形成元素被认为能够替代镍来稳定奥氏体相，同时能够将焊缝的铁素体含量控制在合理范围之内。因此，本文通过自行研制的混合气精密配比系统，采用不同混合比例的Ar-N2混合气对304L奥氏体不锈钢施焊，利用铁素体检测仪、光谱仪、金相显微镜、扫描电镜和显微硬度计对焊后接头进行分析，研究不同的氮气

4、添加量对焊缝含氮量、凝固模式、铁素体数、组织转变和显微硬度的影响，以期寻找一种合适的加氮工艺，为低成本焊接生产提供理论支持。本文的主要研究结果总结如下：（1）自行研制的高精度混合气配比系统具有配比精度高、简单易用和动态调控等特点，在实际焊接过程中，混合气的配比精确且波动幅度小，符合实际施工要求。（2）在表面堆焊中，Delong和WRC-1992相图预测的铁素体数与实测铁素体数相差较大，堆焊层的凝固模式、铁素体数和形貌不仅与混合气中的氮气添加量有关，而且还受到电弧长度的影响。（3）在多层多道对接接头中，使用WRC-1992相图预测的304

5、L不锈钢焊缝凝固模式和铁素体数与焊缝的实际凝固模式和铁素体数有误差，并且随着混合气中的含氮量增加，误差逐渐扩大。此外，焊接接头不同部位的凝固模式和铁素体数也有所不同，从而导致接头不同部位的铁素体形貌及显微硬度分布出现较大的差异。（4）在多层多道焊接过程中，通过动态精密配比技术实时调控混合气的氮含量来保证焊缝组织和性能的均匀性是一种可行的方法，这是通过焊材增加焊缝氮含量的焊接工艺所不具备的。关键词：304L不锈钢，GTAW，Ar-N2混合气，铁素体数，凝固模式IABSTRACT304Lausteniticstainlesssteelsar

6、ewidelyusedintheliquefiednaturalgascorridor,petrochemicalandshipbuildingindustriesduetoitsgoodcorrosionresistance,low-temperaturepropertyandweldabilityetc.Especiallyinrecentyears,largeamountsof304Lstainlesssteelareappliedintheconstructionofrelateddevicesfortransportingan

7、dstoringliquefiednaturalgaswiththedramaticallyincreasingdemandsforliquefiednaturalgas.Nitrogenelementasaustenitestabilizercansubstitutefornickelelementtoexpandaustenitephase,andreduceferritecontentofweldmetalinthereasonablelimittocontrolthecorrosionresistanceandlow-tempe

8、raturepropertyofweldjoint.Therefore,mixedgasprecisionproportioningsystemwasdevelopedinthispaper,304Laus