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抗菌不锈钢钨极氩弧焊焊接工艺及性能研究

吴子龙  
【摘要】:随着中国经济的快速发展,人们生活水平的日益提高,人们对于健康的需求也更加强烈,为了满足人们的要求,中国科学院金属研究所研究出了一种抗菌型的不锈钢,这种新型材料对于大肠杆菌、金黄色葡萄菌以及环境中常见的细菌的杀灭率达到90%。为了使其能够广泛的应用于人们日常生活中的各个方面,对于其焊接性方面的研究就显得尤为重要。钨极氩弧焊具有焊缝成型美观、电弧稳定、在焊接过程中能够有效的隔绝空气等诸多优点。本文采用钨极氩弧焊焊接抗菌不锈钢,研究焊接工艺、接头的力学性能、抗腐蚀性能以及抗菌性能。本文采用的钨极直径为1.6mm,氩气流量为8L/min,1mm厚的304Cu抗菌不锈钢,在不填充焊丝的条件下对其进行焊接研究。通过调整焊接速度和焊接电流的大小,探索出抗菌不锈钢的可焊性范围,然后采用两因素五水平的正交试验的设计方案,找出两因素的主次以及各因素的最佳水平,从而确定抗菌不锈钢的最佳焊接参数。并通过拉伸试验对使用最佳参数获得的抗菌不锈钢焊缝与304不锈钢的焊缝进行对比及验证。利用光学显微镜、硬度测试仪对抗菌不锈钢的焊缝组织和硬度进行的分析,采用电化学腐蚀试验和抗菌试验对焊缝处的耐腐蚀性能和抗菌性能进行对比分析。试验结果表明:焊接速度如果小于30cm/min或者大于63cm/min时,焊接电流如果小于75A或者大于95A时,将会出现未焊透或者烧穿现象。通过正交试验的极差分析法得出,焊接速度的五个水平值比较分散,对接头的力学性能影响较大,焊接电流次之;最佳焊接工艺参数为:焊接速度52.1cm/min,焊接电流93A。对焊缝的金相组织分析,可见抗菌不锈钢焊缝中部的晶粒方向大体呈平行分布,焊缝组织主要为粗大等轴的柱状晶奥氏体,还有沿柱状晶分布的铁素体。对焊缝的硬度的分析,可见抗菌不锈钢焊缝的硬度较高,其他区域的硬度较低。通过抗菌试验能够看出,抗菌不锈钢焊缝及母材的耐菌性能远高于304不锈钢焊缝及母材,并且抗菌不锈钢焊缝处的耐菌性能高于母材性能,原因在于材料的抗菌性能与耐腐蚀性能有密切的联系,耐蚀性能越差,材料表面会溶出更多的铜离子,进而使材料具备优异的抗菌性能。对于抗菌不锈钢的焊缝和母材,由于焊缝本质上为铸态组织,其耐蚀性能要差于母材,进而在与溶液接触中会溶出更多的Cu离子,也使其具有更好的抗菌性能。电化学腐蚀试验结果表明,四种试样抗腐蚀性能的优劣依次为:304不锈钢母材、304不锈钢焊缝、抗菌不锈钢母材、抗菌不锈钢焊缝,表明抗菌不锈钢再添加铜元素后,耐腐蚀性能有所降低。


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