304不锈钢和430不锈钢焊接接头的组织与性能的研究【字数：12983】
摘 要科技的发展和人类生活质量的提高需要不断有更好的材料来推动和实现，同种钢的焊接似乎已渐渐满足不了人们的要求，因此焊接异种钢从而获取拥有新优势的新材料成为必要趋势。本文基于奥氏体不锈钢的优良综合性能和铁素体不锈钢的经济性，通过填加ER430焊丝的钨极氩弧焊和改变工作电流的等离子弧焊，对430铁素体不锈钢和304奥氏体不锈钢进行异种不锈钢的焊接试验。实验结果表明等离子弧焊和钨极氩弧焊的304侧热影响区的组织，晶粒尺寸较母材都无明显变化。430侧热影响区的组织较母材也未变化，但晶粒尺寸都发生急剧长大。等离子弧焊的焊缝中心组织皆为黑色蠕虫状和树枝状δ铁素体分布在奥氏体基体上，随电流从小到大，组织形态由胞状晶和树枝晶变为细化的胞状晶和树枝晶，最后变为粗化的等轴晶，显微硬度和抗拉强度大小排列跟其对应一致。焊丝的填加使钨极氩弧焊接头硬度强度都有提高。从自腐蚀电位的结果来看，接头耐蚀性从高到低依次为采用焊接电流为85A的等离子弧焊接头，304母材，不填加ER430焊丝的钨极氩弧焊接头，430母材，填加ER430焊丝的钨极氩弧焊接头，采用焊接电流为95A的等离子弧焊接头，采用焊接电流为75A的等离子弧焊接头。
目 录
1 绪论1
1.1课题背景及立项意义1
1.2异种不锈钢的焊接研究现状2
1.3本课题研究内容3
1.4技术路线3
2 实验材料、设备及方法4
2.1实验材料及设备4
2.1.1实验材料4
2.1.2实验设备4
2.2焊接工艺5
2.2.1焊接方法5
2.2.2焊接参数5
2.3试样制备6
2.4金相观察6
2.5力学性能实验6
2.5.1接头显微硬度实验6
2.5.2接头拉伸强度实验7
2.6耐蚀性实验7
2.7本章小结7
3 焊接方法对接头组织的影响8
3.1等离子弧焊对接头组织的影响8
3.1.1 焊接电流为75A的等离子弧焊对接头组织的影响8
3.1.2 焊接电流为85A的等离子弧焊对接头组织的影响9
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3.1.3焊接电流为95A的等离子弧焊对接头组织的影响11
3.2钨极氩弧焊对接头组织的影响13
3.2.1填加ER430焊丝的钨极氩弧焊对接头组织的影响13
3.2.2不填加焊材的钨极氩弧焊对接头组织的影响14
3.3不同焊接方法对接头组织影响的对比分析16
3.4本章小结16
4 焊接方法对接头性能的影响18
4.1焊接方法对焊接接头显微硬度的影响18
4.2焊接方法对焊接接头拉伸强度的影响19
4.3焊接方法对焊接接头耐蚀性能的影响20
4.4本章小结 21
5 结论23
参考文献24
致谢25
1 绪论
1.1课题背景及立项意义
我们所处的社会是一个日新月异的社会，每天都有新的知识诞生，也有新的文化孕育形成，而科技创新作为推动人类社会进程最中坚的力量，一直为各个国家所看重，金属材料的研发作为科技创新中重要的组成部分一直被人类十分重视，航天事业的发展，汽车产业的兴盛不衰，石油化工核电站的安全使用都离不开金属材料的革新升级,由于目前同种金属间的焊接已经很难为人类在多方面实际生产应用中带来更高的效益,这便使得异种金属焊接成为获得更好材料的新趋势。每种金属都有自己的优缺点，有的力学性能好，有的生产成本低,而异种金属焊接时需尽量做到扬长避短，在获得所需使用性能的同时将生产成本降到最低。随着同种金属焊接所得材料的效益有所下降,人们对异种金属间的连接越来越关注,进而催生了许多新的焊接工艺，都利于异种钢的焊接,例如:搅拌摩擦焊、高频感应焊、钎焊、扩散焊等焊接方法被广泛应用于各类异种金属的连接[1][2]。
不锈钢拥有很多优良的性能,目前在厨房用具、汽车生产、航空航天以及医疗化工等相关领域被广泛应用。不锈钢由于室温组织不同导致各类性能存在明显差异,在现代化生产过程中选用不锈钢需综合考虑各个优缺点。
铁素体不锈钢具有膨胀系数小、耐蚀性能优良等特点，多用于制造抗氧化，耐酸腐蚀的零件。由于其不含镍且主要含特别耐腐蚀的铬元素，在不锈钢产业的很多领域都被用来替代奥氏体不锈钢。但一直以来，铁素体不锈钢因对热输入敏感而使其热影响区的晶粒长大,导致焊接接头总存在韧性下降的焊接问题，随着铁素体不锈钢的焊接问题越来越受关注，其焊接技术不断发展，冶炼方法的不断创新,铁素体不锈钢焊接接头的性能也被大大改善并被大量的用于焊接构件[3][4]。
奥氏体不锈钢通常以高韧性和塑性好著称,被广泛地应用于厨具餐具、石油化工、医疗器械、核电航空等相关领域[5][6][7]。由于奥氏体不锈钢中含有镍元素,导致其销售价格连年增长，所以奥氏体不锈钢生产成本较高的问题使国内外很多的钢铁生产厂家一直在研究各种铁素体不锈钢，企图用其来代替奥氏体不锈钢。尽管铁素体不锈钢在很多性能方面都已被证实可以完全替代奥氏体不锈钢，但在焊接性能方面，奥氏体不锈钢却仍然难以被替代。
430铁素体不锈钢与304奥氏体不锈钢异种钢的焊接可以充分利用铁素体不锈钢价生产成本低、耐腐蚀性能好,奥氏体不锈钢塑性、韧性、成型性好等优点。通过对其焊接,使两种锈钢各尽所能,从而使得焊接构件的性能最优的同时成本最低化,来使其价值最大化。异种金属焊接所得的材料虽然会获得许多新优势,但有利必有弊,430铁素体不锈钢与304奥氏体不锈钢在化学成分、物相组织和各项性能上存在的较大差异必然会对焊接接头的性能产生不良的影响[8]。
本课题对430铁素体不锈钢与304奥氏体不锈钢异种钢的焊接特性进行研究,提出5中不同的焊接方案并通过一系列相关试验得到焊接接头的显微组织以及力学性能和腐蚀性能方面的数据,将实际数据与理论相结合加以探讨和研究,为铁素体不锈钢与奥氏体不锈钢异种钢的焊接提供理论依据。
1.2异种不锈钢的焊接研究现状
随着不锈钢冶炼技术的不断提高和焊接方法的不断创新，不锈钢的很多焊接问题得到了很好的解决，材料的升级在为钢铁生产厂家带来更高的效益同时也推动了科技的发展，因此研究铁素体不锈钢与异种不锈钢的焊接非常具有实际意义。目前．国内外众多大学和机构对铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的焊接进行了深入和广泛的研究，主要分析焊接方法、填充材料等对焊接接头的显微组织、力学性能和腐蚀性能的影响。
目 录
1 绪论1
1.1课题背景及立项意义1
1.2异种不锈钢的焊接研究现状2
1.3本课题研究内容3
1.4技术路线3
2 实验材料、设备及方法4
2.1实验材料及设备4
2.1.1实验材料4
2.1.2实验设备4
2.2焊接工艺5
2.2.1焊接方法5
2.2.2焊接参数5
2.3试样制备6
2.4金相观察6
2.5力学性能实验6
2.5.1接头显微硬度实验6
2.5.2接头拉伸强度实验7
2.6耐蚀性实验7
2.7本章小结7
3 焊接方法对接头组织的影响8
3.1等离子弧焊对接头组织的影响8
3.1.1 焊接电流为75A的等离子弧焊对接头组织的影响8
3.1.2 焊接电流为85A的等离子弧焊对接头组织的影响9
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3.1.3焊接电流为95A的等离子弧焊对接头组织的影响11
3.2钨极氩弧焊对接头组织的影响13
3.2.1填加ER430焊丝的钨极氩弧焊对接头组织的影响13
3.2.2不填加焊材的钨极氩弧焊对接头组织的影响14
3.3不同焊接方法对接头组织影响的对比分析16
3.4本章小结16
4 焊接方法对接头性能的影响18
4.1焊接方法对焊接接头显微硬度的影响18
4.2焊接方法对焊接接头拉伸强度的影响19
4.3焊接方法对焊接接头耐蚀性能的影响20
4.4本章小结 21
5 结论23
参考文献24
致谢25
1 绪论
1.1课题背景及立项意义
我们所处的社会是一个日新月异的社会，每天都有新的知识诞生，也有新的文化孕育形成，而科技创新作为推动人类社会进程最中坚的力量，一直为各个国家所看重，金属材料的研发作为科技创新中重要的组成部分一直被人类十分重视，航天事业的发展，汽车产业的兴盛不衰，石油化工核电站的安全使用都离不开金属材料的革新升级,由于目前同种金属间的焊接已经很难为人类在多方面实际生产应用中带来更高的效益,这便使得异种金属焊接成为获得更好材料的新趋势。每种金属都有自己的优缺点，有的力学性能好，有的生产成本低,而异种金属焊接时需尽量做到扬长避短，在获得所需使用性能的同时将生产成本降到最低。随着同种金属焊接所得材料的效益有所下降,人们对异种金属间的连接越来越关注,进而催生了许多新的焊接工艺，都利于异种钢的焊接,例如:搅拌摩擦焊、高频感应焊、钎焊、扩散焊等焊接方法被广泛应用于各类异种金属的连接[1][2]。
不锈钢拥有很多优良的性能,目前在厨房用具、汽车生产、航空航天以及医疗化工等相关领域被广泛应用。不锈钢由于室温组织不同导致各类性能存在明显差异,在现代化生产过程中选用不锈钢需综合考虑各个优缺点。
铁素体不锈钢具有膨胀系数小、耐蚀性能优良等特点，多用于制造抗氧化，耐酸腐蚀的零件。由于其不含镍且主要含特别耐腐蚀的铬元素，在不锈钢产业的很多领域都被用来替代奥氏体不锈钢。但一直以来，铁素体不锈钢因对热输入敏感而使其热影响区的晶粒长大,导致焊接接头总存在韧性下降的焊接问题，随着铁素体不锈钢的焊接问题越来越受关注，其焊接技术不断发展，冶炼方法的不断创新,铁素体不锈钢焊接接头的性能也被大大改善并被大量的用于焊接构件[3][4]。
奥氏体不锈钢通常以高韧性和塑性好著称,被广泛地应用于厨具餐具、石油化工、医疗器械、核电航空等相关领域[5][6][7]。由于奥氏体不锈钢中含有镍元素,导致其销售价格连年增长，所以奥氏体不锈钢生产成本较高的问题使国内外很多的钢铁生产厂家一直在研究各种铁素体不锈钢，企图用其来代替奥氏体不锈钢。尽管铁素体不锈钢在很多性能方面都已被证实可以完全替代奥氏体不锈钢，但在焊接性能方面，奥氏体不锈钢却仍然难以被替代。
430铁素体不锈钢与304奥氏体不锈钢异种钢的焊接可以充分利用铁素体不锈钢价生产成本低、耐腐蚀性能好,奥氏体不锈钢塑性、韧性、成型性好等优点。通过对其焊接,使两种锈钢各尽所能,从而使得焊接构件的性能最优的同时成本最低化,来使其价值最大化。异种金属焊接所得的材料虽然会获得许多新优势,但有利必有弊,430铁素体不锈钢与304奥氏体不锈钢在化学成分、物相组织和各项性能上存在的较大差异必然会对焊接接头的性能产生不良的影响[8]。
本课题对430铁素体不锈钢与304奥氏体不锈钢异种钢的焊接特性进行研究,提出5中不同的焊接方案并通过一系列相关试验得到焊接接头的显微组织以及力学性能和腐蚀性能方面的数据,将实际数据与理论相结合加以探讨和研究,为铁素体不锈钢与奥氏体不锈钢异种钢的焊接提供理论依据。
1.2异种不锈钢的焊接研究现状
随着不锈钢冶炼技术的不断提高和焊接方法的不断创新，不锈钢的很多焊接问题得到了很好的解决，材料的升级在为钢铁生产厂家带来更高的效益同时也推动了科技的发展，因此研究铁素体不锈钢与异种不锈钢的焊接非常具有实际意义。目前．国内外众多大学和机构对铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的焊接进行了深入和广泛的研究，主要分析焊接方法、填充材料等对焊接接头的显微组织、力学性能和腐蚀性能的影响。
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