铁素体不锈钢激光焊接头组织和性能研究【字数：11591】
本文研究了激光焊接工艺对于2mm厚的430铁素体不锈钢接头的焊接，分析了不同功率对接头组织以及力学性能的影响。结果表明，5.4KW激光焊接在焊缝区发生了非均匀形核，在边界处出现较细的等轴晶区；5.6KW激光焊接熔合不均匀，杂质较多，熔合区晶粒细化明显；5.8KW功率下的激光焊接会得到的柱状晶较多，晶粒细密，而熔合区晶粒较为粗大；6.0KW激光焊接形成较多的不规则的多边形组织，铁素体晶粒粗化。通过显微硬度分析发现，5.8KW激光焊接的焊缝区硬度高于其他激光功率下的焊缝熔合区硬度，5.6KW激光焊接的焊缝区硬度最低。通过拉伸强度分析发现，5.8KW激光焊接的抗拉强度最大，5.4KW激光焊接的抗拉强度次之。采用5.8KW激光焊接功率能得到较高的硬度和抗拉强度，力学性能最优。
目录
1. 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 铁素体不锈钢的焊接性 1
1.2.1 铁素体不锈钢的焊接方法 1
1.2.2 铁素体不锈钢焊接存在的问题 3
1.3 激光焊概述 4
1.4 本课题研究内容及意义 5
2. 实验材料及方法 6
2.1 实验材料 6
2.2 焊接设备及方法 6
2.3 金相制备 7
2.3.1 取样 7
2.3.2 试样制备 7
2.3.3 显微组织观察 9
2.4 力学性能测试 10
2.4.1 显微硬度测试 10
2.4.2 拉伸试验测试 11
3. 试验结果分析 12
3.1 激光焊接接头宏观形貌 12
3.2 显微组织分析 13
3.3 显微硬度分析 17
3.4 抗拉强度分析 19
4. 结论 21
参考文献 22
致谢 23
绪论
研究背景
铁素体不锈钢作为一种价格低廉、耐腐蚀、强度与可塑性较好的经济型不锈钢材料，多用于制造耐大气、水蒸汽、水以及氧化性酸腐蚀的零部件。 多用于制造汽轮机叶片，结构架用材[1]。铁素体不锈钢在高温加热后晶粒会迅速增大，所以，如果采 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
用以往的焊接技术，最后会导致接头体积过大，进而出现硬化、催化，甚至是裂纹，材料的性能必然会受损。针对这些问题，最有效的措施是激光焊。
激光焊的诞生历史并不长，但其却凭借高效、无污染的优势，迅速的普及开来，并受到了广泛的重视。目前常用的激光焊方法为自熔焊接，即在焊接过程中不添加任何焊丝，通过加热母材熔化，达到连接母材，形成焊接接头的目的[2]。对于大部分钢材来说，焊接后的接头组织，其力学性能一般都会低于母材，在服役过程中出现问题，因此，选择最佳的激光焊接参数显得尤为重要。
本文主要研究了在激光焊过程中，通过改变焊接最大功率，对于接头组织力学性能、组织变化的影响，得出2mm厚铁素体不锈钢激光焊焊接接头的最佳组织和性能时的功率。
铁素体不锈钢的焊接性
铁素体不锈钢的焊接方法
为了使铁素体不锈钢能够适用于腐蚀性环境，降低其脆性，各国的学者都纷纷对其改性进行研究，提出了各种可行的办法，比如降低其内部C、H两种元素的成分，掺入Nb、T等稳定性元素或者是Cu、Al等具有较强韧性的元素等。就实践来看，这种材料一般被当做焊接件使用，并且其应用十分广泛。所以，对这种材料的焊接性能进行研究是很有必要的。国内外的学者在这方面积累了丰富的成果，比如提出适用于铁素体不锈钢材料的焊接方法有：
(1)熔化极气体保护焊
当前，针对铁素体不锈钢激光焊的研究才刚刚开始，但在此类材料的熔化极气体保护焊方面却有着更为悠久的研究历史。和其他的焊接方法相比，该方法在效率和成本方面都具有一定的优势，但对于铁素体不锈钢材料而言，它存在一个致命的缺陷，即过高的热输入，这会导致焊接接头的性能极其不理想。决定焊缝性能的因素有很多，其中就包括了奥氏体成分占比和结构：焊缝塑性比母材差；焊后接头得到等轴品，和Ar+2%O2气保焊相比，接头在韧性、屈服强度、塑性方面表现更佳；如果要实现更高的焊缝强度，可以考虑掺入一些晶粒细化元素，比如T、Cu等[3]。
（2）非熔化极惰性气体保护焊
钨极惰性气体保护焊(TIG焊)，即业内人士所称的“绣花针焊”，一般被用来焊接有色金属及其合金、不锈钢、超高强度钢等，这种焊接方式能够有效的保障焊接质量，在薄板焊接方面有着良好的表现。非熔化极惰性气体保护焊需要在氩气保护环境下进行操作，采用连续送进可熔化的焊丝与燃烧于焊丝焊丝工件间的电弧作为热源的电弧焊。该方法的主要优势在于焊接质量高，在处理铝、铜、钛，以及不锈钢、耐热钢等材料方面具有显著的优势[4]。考虑到焊丝具有较强的载流性能，因此能够在短时间内完成大量的焊接任务。熔化极氩弧焊在操作过程中会产生明电弧，焊接参数波动小，这对检测和控制来说是很有帮助的。MIG是一种熔化极气体保护焊，和CO2气体保护焊对比来看，它具有多方面的优势， MIG焊以惰性或富氩气体提供保护，CO2气体保护焊很容易产生氧化现象，这是二者最显著的差别之所在。整体而言，MIG焊的优势体现为：
a.在氩或富氩气体中进行操作，能够确保电弧的稳定性。
b.焊熔滴过渡十分均匀、稳定，因此最终形成的焊缝十分均匀，更具美观感。
c.电弧的氧化性非常低。因此，它能够用来焊接各种容易氧化的金属及其合金材料，所以，这种焊接方法有着更为广泛的用途。
d.有效的改善了焊接的工艺性，提高了焊接的效率。
当然，这种焊接方法并不是完美的，它也有一定的缺陷，主要体现为：
①相比手工电弧焊，它需要用到更加复杂、更贵的设备，在操作过程中不太灵活。
②焊枪尺寸大，焊接缆线不具有足够的柔软性，所以一般不会被用到密封舱体的焊接中。
目录
1. 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 铁素体不锈钢的焊接性 1
1.2.1 铁素体不锈钢的焊接方法 1
1.2.2 铁素体不锈钢焊接存在的问题 3
1.3 激光焊概述 4
1.4 本课题研究内容及意义 5
2. 实验材料及方法 6
2.1 实验材料 6
2.2 焊接设备及方法 6
2.3 金相制备 7
2.3.1 取样 7
2.3.2 试样制备 7
2.3.3 显微组织观察 9
2.4 力学性能测试 10
2.4.1 显微硬度测试 10
2.4.2 拉伸试验测试 11
3. 试验结果分析 12
3.1 激光焊接接头宏观形貌 12
3.2 显微组织分析 13
3.3 显微硬度分析 17
3.4 抗拉强度分析 19
4. 结论 21
参考文献 22
致谢 23
绪论
研究背景
铁素体不锈钢作为一种价格低廉、耐腐蚀、强度与可塑性较好的经济型不锈钢材料，多用于制造耐大气、水蒸汽、水以及氧化性酸腐蚀的零部件。 多用于制造汽轮机叶片，结构架用材[1]。铁素体不锈钢在高温加热后晶粒会迅速增大，所以，如果采 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
用以往的焊接技术，最后会导致接头体积过大，进而出现硬化、催化，甚至是裂纹，材料的性能必然会受损。针对这些问题，最有效的措施是激光焊。
激光焊的诞生历史并不长，但其却凭借高效、无污染的优势，迅速的普及开来，并受到了广泛的重视。目前常用的激光焊方法为自熔焊接，即在焊接过程中不添加任何焊丝，通过加热母材熔化，达到连接母材，形成焊接接头的目的[2]。对于大部分钢材来说，焊接后的接头组织，其力学性能一般都会低于母材，在服役过程中出现问题，因此，选择最佳的激光焊接参数显得尤为重要。
本文主要研究了在激光焊过程中，通过改变焊接最大功率，对于接头组织力学性能、组织变化的影响，得出2mm厚铁素体不锈钢激光焊焊接接头的最佳组织和性能时的功率。
铁素体不锈钢的焊接性
铁素体不锈钢的焊接方法
为了使铁素体不锈钢能够适用于腐蚀性环境，降低其脆性，各国的学者都纷纷对其改性进行研究，提出了各种可行的办法，比如降低其内部C、H两种元素的成分，掺入Nb、T等稳定性元素或者是Cu、Al等具有较强韧性的元素等。就实践来看，这种材料一般被当做焊接件使用，并且其应用十分广泛。所以，对这种材料的焊接性能进行研究是很有必要的。国内外的学者在这方面积累了丰富的成果，比如提出适用于铁素体不锈钢材料的焊接方法有：
(1)熔化极气体保护焊
当前，针对铁素体不锈钢激光焊的研究才刚刚开始，但在此类材料的熔化极气体保护焊方面却有着更为悠久的研究历史。和其他的焊接方法相比，该方法在效率和成本方面都具有一定的优势，但对于铁素体不锈钢材料而言，它存在一个致命的缺陷，即过高的热输入，这会导致焊接接头的性能极其不理想。决定焊缝性能的因素有很多，其中就包括了奥氏体成分占比和结构：焊缝塑性比母材差；焊后接头得到等轴品，和Ar+2%O2气保焊相比，接头在韧性、屈服强度、塑性方面表现更佳；如果要实现更高的焊缝强度，可以考虑掺入一些晶粒细化元素，比如T、Cu等[3]。
（2）非熔化极惰性气体保护焊
钨极惰性气体保护焊(TIG焊)，即业内人士所称的“绣花针焊”，一般被用来焊接有色金属及其合金、不锈钢、超高强度钢等，这种焊接方式能够有效的保障焊接质量，在薄板焊接方面有着良好的表现。非熔化极惰性气体保护焊需要在氩气保护环境下进行操作，采用连续送进可熔化的焊丝与燃烧于焊丝焊丝工件间的电弧作为热源的电弧焊。该方法的主要优势在于焊接质量高，在处理铝、铜、钛，以及不锈钢、耐热钢等材料方面具有显著的优势[4]。考虑到焊丝具有较强的载流性能，因此能够在短时间内完成大量的焊接任务。熔化极氩弧焊在操作过程中会产生明电弧，焊接参数波动小，这对检测和控制来说是很有帮助的。MIG是一种熔化极气体保护焊，和CO2气体保护焊对比来看，它具有多方面的优势， MIG焊以惰性或富氩气体提供保护，CO2气体保护焊很容易产生氧化现象，这是二者最显著的差别之所在。整体而言，MIG焊的优势体现为：
a.在氩或富氩气体中进行操作，能够确保电弧的稳定性。
b.焊熔滴过渡十分均匀、稳定，因此最终形成的焊缝十分均匀，更具美观感。
c.电弧的氧化性非常低。因此，它能够用来焊接各种容易氧化的金属及其合金材料，所以，这种焊接方法有着更为广泛的用途。
d.有效的改善了焊接的工艺性，提高了焊接的效率。
当然，这种焊接方法并不是完美的，它也有一定的缺陷，主要体现为：
①相比手工电弧焊，它需要用到更加复杂、更贵的设备，在操作过程中不太灵活。
②焊枪尺寸大，焊接缆线不具有足够的柔软性，所以一般不会被用到密封舱体的焊接中。
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