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双面超薄不锈钢复合板激光焊接性研究

张亚楠  
【摘要】:不锈钢复合板是以碳钢材料为基层、不锈钢材料为覆层的复合钢板,碳钢具有承受载荷的能力且不锈钢具有耐腐蚀的功能,与不锈钢板相比不仅节约了大量稀有贵重金属,而且可以降低成本的30%~50%,是纯不锈钢板的最佳替代材料。目前,覆层厚度lmm的不锈钢复合板的焊接工艺已基本成熟,而覆层厚度≤0.5mm的超薄不锈钢复合板,尤其是双面超薄不锈钢复合板的焊接仍然存在较大问题,严重制约了超薄不锈钢复合板的广泛应用。 本文采用500W固体脉冲Nd:YAG激光器,分别以预置高Cr、Ni不锈钢粉(PSP法)、焊缝表面熔覆不锈钢粉(CSP法)和预置310S不锈钢片(PSS法),对0.1mm+0.8mm+0.1mm的双面超薄不锈钢复合板进行了激光焊接性研究。详细的介绍了填充材料的选择和制备、焊接方法的选择、激光焊接的工艺及流程,分析了在优化工艺参数下焊接接头的显微组织、耐腐蚀性能和力学性能。 显微组织分析表明:焊缝窄且宽度均匀,未发现裂纹等缺陷;双面超薄不锈钢复合板的激光双面焊接具有成形性能好,焊缝金属与覆层不锈钢及基层碳钢连接良好。PSP法、CSP法和PSS法的激光焊缝晶粒均比母材的小,晶粒生长方向垂直于熔合线,几乎看不到热影响区;焊缝中心为等轴晶,其他区域为细小的柱状晶区,并且晶粒取向不规律。 晶间腐蚀结果表明,PSP法的弯曲试样在焊缝处断裂,其晶间腐蚀最严重,CSP法的弯曲试样焊缝表面有裂纹,晶间腐蚀不合格,而PSS法的焊缝表面无裂纹,晶间腐蚀合格;耐晶间腐蚀性能顺序为:PSS法CSP法PSP法。 电化学腐蚀结果表明,母材覆层、PSP法、CSP法和PSS法焊缝的自腐蚀电位Ecorr分别为-0.322V、-0.422V、-0.365V和-0.319V;自腐蚀电流icorr分别为7.779×10-7A·cm-2、14.66×10-7A·cm-2、10.47×10-7A·cm-2和7.962×10-7A·cm-2。母材覆层、PSP法、CSP法和PSS法焊缝的自腐蚀电位Ecorr顺序为:PSS法母材覆层CSP法PSP法,而自腐蚀电流icorr顺序为:母材覆层PSS法CSP法PSP法。 显微硬度结果表明,母材覆层组织的平均硬度为236.2HVo.1,母材基层组织的平均硬度为200.2HVo.1。PSP法、CSP法和PSS法的覆层侧焊缝的硬度分别为365.0-420.0HVo.1、230.0-243.0HVo.1和280.0-384.0HVo.1,覆层侧焊缝区硬度顺序为PSP法PSS法CSP法≈母材覆层。基层侧焊缝的硬度分别为439.0-469.0HV0.1、380.0-400.0HV0.1和324.0-383.0HVo.1,基层焊缝硬度顺序为PSP法CSP法PSS法母材基层。 拉伸试验表明,PSP法、CSP法和PSS法的焊接接头的抗拉强度分别达到了母材的81.2%、97.2%和90.9%,伸长率达到母材的21.6%、40.8%和29.2%。 缺陷分析表明,在某些工艺下,双面超薄不锈钢复合板的激光双面焊接接头主要存在气孔、裂纹和焊缝区组织脆化等缺陷。


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