高氮钢复合焊接接头热影响区组织研究.pdf

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1、InternalCombustionEngine&Parts·63·高氮钢复合焊接接头热影响区组织研究①②①①崔博；牛思博；张健伟；刘瑞军（①北华大学汽车与建筑工程学院，吉林132013；②长春市轨道交通集团有限公司，长春130012）摘要：热输入对焊接接头热影响区组织有重要影响。本文采用激光-电弧复合焊接方法焊接高氮钢，研究不同激光功率、焊接速度、焊接电流对高氮钢焊接接头热影响区组织的影响。研究结果表明：热影响区组织由奥氏体和少量δ-铁素体组成，随热输入增大，奥氏体晶粒尺寸增大。关键词：激光-电弧复

2、合焊；高氮钢；热影响区；显微组织0引言表2激光功率参数由于镍元素短缺及价格昂贵，人们努力寻求新元素来编号激光功率P/kW线能量E/（J/cm）替代传统奥氏体不锈钢中镍元素，从而降低奥氏体不锈钢的生产成本和减轻因镍资源的开采造成的环境污染。近年B12.06187.5来，高氮奥氏体不锈钢（高氮钢）的研发成功引起了人们的B22.26337.5B32.46487.5[1-2]广泛关注。B42.66637.5[3-4]高氮钢的焊接特性是制约高氮钢应用的关键因素。B52.86787.5目前，高氮钢焊接方法以熔化焊

3、为主。在熔焊过程中，热影晶界处有少量δ-铁素体存在。随着激光功率增加，热影响响区是焊接接头中相对薄弱部位，其组织的变化直接影响区粗晶区奥氏体晶粒明显增大。这是因为激光功率的增到整个焊接接头的性能，因此有必要对焊接接头热影响区加，焊接线能量增大，峰值温度升高，热影响区受到的焊接的组织随热输入参数的变化规律开展系统研究，从而找到热输入影响增大，冷却速度慢，保温时间长，使得奥氏体晶合适的焊接热输入参数来确保热影响区组织达到最佳。本粒长大时间增加。同时，温度升高碳原子扩散速率增大，奥文对Cr18Mn18N进行

4、激光-电弧复合焊接，研究复合焊接氏体晶界迁移速率加快，使得奥氏体化速度加快，优先生接头热影响区组织。长的奥氏体晶粒逐渐吞并周围大量小晶粒，最后得到大的1试验材料和方法[5]奥氏体晶粒。试验中采用TRUMPF公司生产的Nd：YAG固体激光和松下公司生产的YD-350AG2HGE型MIG/MAG焊机，使用自行研发的复合焊接装置进行旁轴复合焊接。试验材料为Cr18Mn18N不锈钢板，其主要化学成分见表1，填充焊丝为Φ1.2mm的奥氏体不锈钢焊丝。表1高氮钢主要化学成分(质量分数/%)元素CSiMnCrNiN

5、含量0.1480.491622.070.470.56（a）B1（P=2.0kW）采用电弧在前激光在后的焊接方法，试件尺寸8mm×100mm×400mm，开Y型坡口，坡口角度30°，钝边5mm，对接间隙0.5mm。焊枪与激光束夹角为30°，离焦量为-2mm，热源间距3mm，电弧保护气体为流量18L/min的95%Ar+5%CO2。焊接完成后，按照金相试样制备标准制备金相试样。利用LeicaDM2700M型金相显微镜观察高氮钢复合焊接接头热影响区组织。2激光功率对热影响区组织影响焊接过程中，焊接速度ν=0

6、.8m/min，焊接电流I=250A，电弧电压U=25V，激光功率P的数值见表2。图1是不同激光功率下热影响区粗晶区组织。从图中（b）B5（P=2.8kW）可以观察到，热影响区组织主要以奥氏体为主，在奥氏体图1不同激光功率下热影响区显微组织————————————作者简介：崔博（1988-），男，吉林舒兰人，博士研究生，主要从事3焊接速度对热影响区组织影响激光加工技术方面研究。试验中，焊接电流I=250A，电弧电压U=25V，激光功·64·内燃机与配件率P=2.4kW，焊接速度ν的数值见表3。能量明显

7、增加，焊缝区传递到热影响区的能量也随之增表3焊接速度参数多，使得近焊缝区的晶粒由足够的能量和时间长大。所以随焊接电流的增大，热影响区晶粒尺寸明显增大。编号焊接速度ν（/m/min）线能量E/（J/cm）C10.68650C20.77414.3C30.86487.5C40.95766C51.05190图2为不同焊接速度下热影响区粗晶区组织。由图可知，热影响区的组织主要以奥氏体和片状铁素体为主，并随着焊接速度增加，奥氏体晶粒尺寸减小。当焊接速度由ν=0.6m/min增加到ν=1.0m/min时，焊接线能量

8、降低了40%，使得焊接线能量大幅下降，热输入降低，热影响区组织受热影响减小，冷却速度相对加快，使得奥氏体晶粒明（a）D1（I=230A）显细化且数量有所增加。（a）C1（ν=0.6m/min）（b）D5（I=270A）图3不同焊接电流下热影响区显微组织焊接热输入决定热影响区晶粒尺寸。无论是激光功率增大、焊接速度减小和焊接电流增加，都会使焊接热输入增大，从而影响热影响区晶粒大小。焊接接头热影响区是整个焊接接头的薄弱部位。焊接过程应在满足焊接的前提下使用较小