双面超薄不锈钢复合板焊接性的研究.pdf

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1、太原理工大学 硕士学位论文 双面超薄不锈钢复合板焊接性的研究 姓名：张俊旺 申请学位级别：硕士 专业：材料加工工程 指导教师：王文先;王保东 20060501 太原理：I ：大学硕士研究生学位论文 双面超薄不锈钢复合板焊接性的研究 摘要 双面不锈钢复合板由于既具有不锈钢优良的抗腐蚀性能，又具有基 层碳钢经济性、高强度的优点，已被越来越多的应用在石油、化工、轻 工等行业中，以代替纯不锈钢板。既可节约大量的昂贵金属C r 、N i ，又 可大幅度降低制造成本。双面超薄不锈钢复合板( 覆层厚度0 5 m m ) 是 最新生产出的薄层不锈钢复合板，解决其焊接工艺，使焊接接头达到同 覆层相同或相近的抗腐

2、蚀性能，对于双面超薄不锈钢复合板的应用及推 广具有十分重要的意义。 本文首先分析焊接工艺对S U S 31 6 奥氏体不锈钢焊接接头腐蚀性能 的影响，在此基础上采用钨极氩弧焊( T I G ) 、熔化极氩弧焊( M I G ) 、钨 极氩弧焊加填丝焊( T I G + M ) 和微束等离子弧焊接T ( o 2 5 + 3 + 0 2 5 ) m m 的 双面超薄不锈钢复合板，分析各种焊接工艺条件下，焊接接头的合金元 素分布、显微组织、抗腐蚀性能及力学性能变化。 T I G 、M I G 和T I G + M 焊接S U S 31 6 不锈钢板的焊接接头腐蚀性能分 析表明：T I G + M 和

3、M I G 焊接接头抗晶间腐蚀性能好，T I G 焊接接头抗晶 问腐蚀性能较差，其抗晶间腐蚀性能大, bJ l l 页序为：母材 T I G + M M I G T I G ；三种焊接工艺方法下，焊接接头在9 8 的硫酸溶液抗腐蚀性能 大小顺序为：母材 T I G + M M I G T I G ；在5 的盐酸溶液中的抗腐蚀 性能为：母材 T I G T I G + M M I G 。 对比激光焊接双面超薄不锈钢复合板的焊接接头性能表明：激光焊 接超薄不锈钢复合板时，焊接接头热影响区及焊缝尺寸细小、成型良好， 焊接接头力学性能优异，但基层碳钢对覆层合金元素的稀释率较大，焊 缝区C r 含量在6

4、 - 7 ，N i 含量在2 3 5 ，不能满足抗腐蚀性能的成 太原理工大学硕士研究生学位论文 分要求，焊缝表面抗腐蚀性能较差。 采用多层多道焊的T I G + M 方法焊接双面超薄不锈钢复合板结果表 明：双面超薄不锈钢复合板的焊接采取开单面坡口和双面坡口，焊接电 流1 0 5 A 1 1 0 A ，电压2 0 2 2 V ，焊接速度2 1 2 5 m m s ，焊接接头成型良 好，焊缝金属表面C r 含量达到1 5 1 7 ，N i 含量达到6 7 ，焊缝表面 抗腐蚀性能较好；焊接接头的力学性能比较，单面焊接，双面焊接和填 料加焊丝的焊接方法，其接头拉伸强度均优于母材，M I G 焊接接头的

5、断 裂发生在熔合区，接头拉伸强度低于母材。 用微束等离子弧熔敷超薄不锈钢复合板的结果表明：用2 5 A 的等离 子弧电流可以一次熔透不锈钢覆层的厚度，且能熔到基层碳钢1 5 0 9 m 左 右的深度，接头的化学成分同覆层不锈钢C r 、N i 含量接近，这为采用微 束等离子弧焊接不锈钢复合板的焊接工艺提供了可能。 关键词：超薄不锈钢复合板，焊接性，钨极氩弧焊，熔化极氩弧焊， 微束等离子弧 太原理工大学硕士研究生学位论文 S T U D Y0 NT H EW E L D A B I L I T Y0 FC L A DP L A T E W I T HD O U B L EU L T R A T

6、H 口 NS 1 A I N L E S SS T E E L A B S T R A C T T h ec l a dp l a t ew i t hd o u b l eu l t r a t h i ns t a i n l e s ss t e e l ，d u et oi t s g o o d c o r r o s i o nr e s i s t a n c e ，l o wc o s ta n dh i g hi n t e n s i t y , w h i c hh a dm a d ei ti sw i d e l y u s e di no i l ，c h e m

7、i c a la n dl i g h ti n d u s t r yt or e p l a c ep u r es t a i n l e s ss t e e l L o t so f e x p e n s i v em e t a le l e m e n t sc a nb es a v e db yu s eo fs t a i n l e s ss t e e lc l a dp l a t e ，i t c a na l s oc u td o w nt h e p r o d u c t i o nc o s t ，a l lo ft h i sm a k ei t h

8、a sal o to f a d v a n t a g e s W i t hr e d u c i n go ft h i c k n e s s ，t h ec l a dp l a t e Sw e l d i n gt e c h n o l o g i e s h a v eb e c o m em o r ea n dm o r ed i f f i c u l tf o re n g i n e e r s ，a n dh a v eb e e np a i dc l o s e a t t e n t i o nb yw e l d i n ge x p e r t sf r

9、 o mh o m ea n da b r o a d S o ，s o l v i n gt h ew e l d i n g t e c h n o l o g i e sa n dm a k i n gi th a sv e r yc l o s ec o r r o s i o nr e s i s t a n c e ，w i l lb eu s e f u l f o rt h ea p p l i c a t i o na n dp o p u l a r i z a t i o no fc l a dp l a t ew i t hd o u b l eu l t r a -

10、t h i n s t a i n l e s ss t e e 】 T h et e c h n o l o g i c a lf a c t o r st ot h ec o r r o s i o nr e s i s t a n c eo fS U S 3l6s t a i n l e s s s t e e lw e l d e dj o i n t sw e r es t u d i e di nt h i sp a p e r B e s i d e s ，T I l 3 lM I G T I G + M ， s t u 贩n gw i t hw i r ea n dm i c

11、r o b e a mp l a s m aa r cw e r eu s e dt ow e l dt h ec l a d p l a t ew i t hu l t r a - t h i ns t a i n l e s ss t e e l C h e m i c a ld i s t r i b u t i o n ，m i c r o s t r u c t u r e ， c o r r o s i o nr e s i s t a n c ea n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sw e r ea l s ob ea n a l

12、y z e di n w e l d i n gj o i n t so fd i f f e r e n tw e l d i n gc o n d i t i o n s C o m p a r e dw i t hT I G ；M I Ga n dT I G + M ，w e l d e dj o i n t so fT I G + Ma n d M I Gh a v eb e t t e rc o r r o s i o nr e s i s t a n c et h a nt h a to fT I GI th a v eb e e ni n d i c a t e d t h a

13、tr a wm a t e r i a l T I G + M M I G T I Gi n i n t e r c r y s t a l l i n e c o r r o s i o n r e s i s t a n c ea n d 9 8 H ，S 0 4s o l u t i o n ；T I G T I G + M M I G i n5 h y d r o c h l o r i ca c i d L o wd i s t o r t i o n ，g o o dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n ds m a l ls i z

14、ei nw e l d i n g b e a dc a nb ea c h i e v e db yl a s e rb e a mw e l d i n g b u tb a s a lc a r b o ns t e e lh a sa 太原理工大学硕士研究生学位论文 l a r g ed i l u t i o nr a t i ot ot h ec l a ds t a i n l e s ss t e e l I th a v eb e e ns h o w nt h a tN i c k e l i s2 3 5 a n dc h r o m i u mi s6 7 i nu p

15、 p e rs u r f a c eo fw e l d i n gm e t a l w h i c hC a nn o tm e e tt h ec o r r o s i o nr e s i s t a n c e ， S i n g l eg r o o v ea n dd o u b l eg r o o v ew e l d i n gb ya r cw e l d i n gw e r ea l s ob e u s e dt ow e l dc l a dp l a t eo fs t a i n l e s ss t e e l ，i th a v eb e e ns h

16、 o w nt h a tm u l t i - l a y e r o f T I G + M ，w e l d i n gc u r r e n to f1 0 5 1 1 0 A ，v o l t a g eo f 2 0 2 2 V , w e l d i n gs p e e d o f2 1 2 5 m m s ，g o o ds u r f a c eo fw e l d i n gb e a dC a nb ea c h i e v e d ，c h r o m i u m i s1 5 1 7 a n dn i c k e li s6 N 7 i nu p p e rs u

17、r f a c eo fw e l d i n gm e t a l ，w h i c h m a k ei th a sb e t t e rc o r r o s i o nr e s i s t a n c e M e c h a n i c a lp r o p e r t i e sw e r ea l s ob ea n a l y z e d ，i th a v eb e e ni n d i c a t e dt h a t s i n g l eg r o o v ew e l d i n g ，d o u b l eg r o o v ew e l d i n ga n d

18、s t u f f i n gw i t hw e l d i n gw i r e c a na c h i e v e db e t t e rm e c h a n i c a l p r o p e r t i e st h a n r a wm a t e r i a l s ，b u tM I G w e l d i n gj o i n t sr u p t u r e di nw e l dj u n c t i o ni nt e n s i o n t e s t T h em i c r o - b e a mp l a s m aa r cw a su s e dt o

19、w e l dc l a dp l a t ew i t hu l t r a - t h i n s t a i n l e s s + s t e e l ，i t i si n d i c a t et h a tc u r r e n to f2 5 AC a np e n e t r a t et h ec l a d S U S 316 ，r e a c h15 0 “mi nt h eb a s ep l a t e ，w h i c hi sv e r yu s e f u lf o rU St of u r t h e r s t u d yt h ew e l d i n

20、gt e c h n o l o g i e so fc l a dp l a t ew i t hd o u b l eu l t r a t h i ns t a i n l e s s s t e e lb ym i c r o b e a mp l a s m aa r c K E YW O R D S ：u lt r a t h i ns t a i n l e s ss t e e l ，w e l d a b i l i t y , T I G ，M I G m i c r o b e a mp l a s m aa r c I V 太原理工大学硕士研究生学位论文 符号说明 T

21、J G 钨极氩弧焊 M I G 熔化极钨极氩弧焊 T I G + M 钨极氩弧焊加填丝 I c阳极极化电流 阴极极化电流I A l e o r r腐蚀电流 B c阳极极化斜率 B a阴极极化斜率 R D电阻 E n o b s自腐蚀电位( 绝对值) E mc a 】c 自腐蚀电位( 计算值) S 腐蚀面积 V I I 工 声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 、

22、oo 岬1 论文作者签名： 乌例 笺9 书日期：训6j - 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定。其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 签 名：主堑兰2 立日期： 导师签名：。垒垒丝 日期：型兰：! ! 一 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 1 选题的背景及意义 第章绪论 双面复合钢板亦称“夹心板”，它通

23、常是以珠光体钢作为基层材料，以满足复合 钢板强度、刚度和韧性等力学性能的要求，以不锈钢、铝及合金、铜及其合金、钛及 合金等等作为覆层，满足耐蚀性、导电性或其它一些特殊性能要求。常见的复合板其 覆层厚度一般只占总厚度的1 0 2 0 ，通常为l 5 m m ，基层厚度较大，大多在4 0 m m 以上。 不锈钢复合板自生产以来，大多应用于石油化工、冶金、机械、核工业、食品、 烟草和家电等行业，被用来制作抗腐蚀和耐热的管、板及异型材，尤其在建筑市场得 到了越来越广泛的应用。不锈钢复合板可作为整体不锈钢的替代材料，不仅可节省不 锈钢材料的2 3 以上，还可以节省大量昂贵的合金元素，其成本一般在不锈钢板

24、的一 半以下。 由于碳钢和不锈钢在价格上存在巨大的差异，如不锈钢板价格一般在1 7 万元邝屯 左右，低碳钢则在1 6 0 0 元屯左右，因此，不锈钢复合板的生产成为大多不锈钢生产 厂家争先占领市场的突破点。从经济角度考虑，复合板的覆层厚度越薄，其成本越低， 经济价值越可观。理论上来看，复合板的覆层厚度可以无限薄，然而薄层不锈钢复合 板的应用与推广关键在于解决焊接工艺。薄层不锈钢复合板在焊接上存在很多困难， 一是薄板的焊接工艺较难控制，因为覆层厚度太薄，几乎不存在过渡层，不能象覆层 厚度较大的复合板那样可以分开焊接基层、过渡层和覆层；二是因为基层碳钢容易稀 释覆层不锈钢焊缝区使焊缝区C r 、N

25、 i 含量降低，造成焊缝区抗腐蚀性能降低。 目前，覆层厚度 ，2 m m 的不锈钢复合板的焊接工艺都已成熟，国内外的焊接专家 也逐步将关注的焦点转向薄层( 覆层厚度、 C u + 1 5 N i O 4 S i + 1 5 ) 在这里C u = W t c u ( 母材) 一w t C u ( 焊接金属) ，依次类推。C H E 为F 时，浇明焊 缝金属相对于母材为阴极性的，C H E 为负时，说明焊缝金属相对于母材为阳极性的。 对焊件而言，R I 值越大，H A Z 愈易遭受选择性腐蚀，当C H E 为正时，即焊缝金 属为阴极行时，将增；9 1 H A Z 的腐蚀敏感性，另一方面，一个敏感的

26、H A Z 将因为焊缝金 属高的阳极性而受到保护，必须注意的是。尽管焊缝金属为阳极，但对于焊件中的焊 缝金属来说，这时的阳极阴极面积比通常不象存在敏感H A Z 时那样产生十分不利的 影响】。 1 0 太原理工火学硕士研究生学位论文 1 4 3 焊接接头腐蚀行为的试验研究方法 1 扫描参比电极技术( S R E T ) 扫描电恒的塾比粤一一、 饭化川的振准参比电捉 在焊接接头腐蚀行为的试验研究方法 扫描自报7 中，以扫描参比电极技术( S R E T ) 最为迅速 辅助“、，l ! 一一一 一 有效，灵敏可靠，v S V 。m g a n t i 等为研究近 啪臣一，j、= z 要 黧黧粥裳鬻

27、譬琴1 _ 烹惹二S R E T S R E T 进和发展了 技术，将焊接接头浸人电 兰= ： ；j 坚些：致掘处理i 鲢 解质中，其表面就会有从阳极区流向阴极区 目热玻璃拍 焊接轰#漱一恒4 位仪 的电流，从而在电解质中形成电势场，靠近 图1 8 微区电位扫描试验装置示意图 腐蚀表面的某一特定位置，其电势取决于该F i g1 8T h es k e t c hl l l a Do f t h em i c r o p o t e n t i a I 处相对于表面其余部分的阳极或阴极行为， S c “g t e s t8 P I ：a r a t u s 扫描电极的微探针靠近试样表面作扫描时，

28、也横穿了这电势场，同时扫描电极与距 离其一定距离处的参比电极之间的电位差也被显示出来，调整测试设备测试时，以试 样为工作电极，一个标准甘汞电极为参比电极，铂电极辅助电极与恒电位仪相联接， 建立一个恒电位，通过恒电位仪改变施加电压以模拟不同的环境条件，扫描速度为 5 0 m v m i n ，扫描电极与其参比电极之间的电位差信号经放大后输人信息处理器和计算 机中，计算机用来控制程序和采集数据【2 5 J 2 开路电位分布测量 与S R E T 技术相比，开路电位分布测量更为简单，该装置包括一个四氟乙烯一氟塑 料扫描微电极】，一个饱和甘汞参比电极和K E I T H L E Y l 9 7 型数字

29、式电压表，试件镶 嵌入酚醛塑料中，只露出焊缝表面，开路电位的测量在大气条件下的0 0 5M N a C l 溶 液中进行，在饱和甘汞参比电极与微电极之间饱和K 2 S O 一溶液作为中间媒介，数字式 电压表的正极与参比电极相连，负极与试样相连。开路电位分布的测试具有更高的灵 敏度。 此外，恒电位、恒电流侵蚀、热模拟等方法，都可用于焊接接头的腐蚀研究。 用微电极进行电位分布测量，其灵敏度( 区分阳极区、阴极区的能力) 不仅取决于 扫描电极微探极的直径及其与扫描表面的距离。而且在很大程度上也取决于电解质溶 液的导电性。C DS T u c k 的研究表明，电解质溶液导电性越低，越容易将阴极、阳 极

30、分别开来。 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 5 薄层不锈钢复合板的焊接特点 不锈钢复合板的焊接问题是异种钢焊接问题。由于异种钢之间的物理性能和化学 成分的不同。两种金属焊接所产生的过渡区的成分、组织和性能也可能与母材及熔敷 金属不同，并可能产生脆性层和低强度层甚至是裂纹，降低焊接性能。薄层不锈钢复 合板的焊接除了具有复合板焊接的难点外还存在以下几个特点m J ： ( 1 ) 焊缝的稀释焊接薄壁不锈钢焊材时，由于覆层较薄基层较厚，接头熔化后， 焊缝中熔化的基层金属对敷层金属的合金产生稀释作用，结果使得结合处的金属成分 及组织与母材金属都有很大的差异，严重时，焊缝中将出现马氏体组织，使接头性能

31、 恶化，因此焊接时必须设法选择合适的焊接材料及合适的焊接工艺，克服问题的出现。 ( 2 ) 碳迁移碳钢和奥氏体不锈钢接头中，在焊接高温下一般不发生强烈的碳迁 移。只有进行焊接后热处理( 5 0 0 “ C 7 0 0 ) 并保持较长时间，或上述温度下长期使 用，才发生明显碳迁移，形成脱碳层和增碳层。 ( 3 ) 接头应力状态由于两种钢的线膨胀系数不同，使焊缝合熔合线附近容易产 生附加拉应力，这对于薄层( 厚度 T I G + M T I G 母材。自腐蚀电位E 。，大小分别为：母材 T I G T I G + M M I G 。 因此这几种焊接工艺下焊缝区在5 的盐酸溶液中其腐蚀敏感性大小分别

32、柏：M I G T I G + M T I G 母材。从硫酸溶液中和盐酸溶液中的T a f e l 曲线看出，在1 m o l I 的硫 酸溶液中钝化区间较长，而5 的盐酸溶液中钝化区间电位很短暂，随着电位的升高， 电流迅速升高，表明盐酸溶液比硫酸溶液腐蚀性能强。5 盐酸溶液中的腐蚀性能大 小其主要与焊缝区的显微组织有关，焊缝区的组织越均匀，细小，在表明越容易形成 致密的钝化膜，钝化膜破裂后的“自愈”能力越强1 4 ”。腐蚀性能越好。 3 5 本章小结 ( 1 ) S U S 3 1 6 奥氏体不锈钢采用T I G 、M I G 和T I G + M 焊缝区抗品间腐蚀性能大 小分别为T 1 0

33、 T I G + M 母材 T I G ，M I G 年HT I G + M 方法焊缝区合金元素含量高，晶粒细小，一定程度上可 减少C r 、N i 偏析，抗晶间腐蚀性能好。 奎堡里三奎兰堡主堡壅生堂垡笙壅 第四章激光焊接双面超薄不锈钢复合板焊接性的研究 4 1 引言 激光焊接是7 0 年代发展起来的焊接新技术，它以高能量密度的激光作为热源。 对金属进行熔化形成焊接接头。与其它焊接技术相比，激光焊接焊接具有功率密度高， 深、宽比大和加热范围小等优点“，相比于其它的焊接技术，从理论上激光焊接复合 板，碳钢对不锈钢的稀释率应该最低，为此，本章研究了用激光焊接双面超薄不锈钢 复合板焊接接头的性能分析

34、。 由于试验条件的限制，激光焊试样是委托北京工艺大学进行焊接，焊接参数和设 各并无给出详细记录。 4 2 焊接接头宏观分析 一，j 。 对激光焊接后的试板进行分析，发现激光焊接的不锈钢复合板焊接接头成型良 好，接头无变形，焊缝和热影响区窄，正面焊缝宽2 m m ，反面焊缝约宽1 m m ，焊接 接头如图4 - 1 所示。 ( a ) 焊缝的正面图 ( b ) 焊缝的背面图 图4 - 1激光焊接试样焊缝图 F i g 4 _ 1T h ep i c t u r eo f t h el a s e rb e a mw e l d i n gs a m p l e 焊后对焊接接头进行外观检测并对焊接

35、接头进行探伤，无缺陷、气孔，焊接接头 质量合格。 太原理工大学硕士研究生学位论文 4 3 焊接接头的微观分析 4 3 1 焊接接头各区的成分分析 为了分析激光焊焊接接头的性能。实验中首先对焊接接头进行了成分分析，试验 采用扫描电镜( S E M ) 和能谱分析( E D A X ) ，分别测试自覆层到焊缝表面成分的变 化趋势，并对于焊缝区进行取点分析。分析过程如图4 2 所示。 覆层不锈钢 i| 心遴膨獭 基层碳钢 取点能谱分析部位，一为线扫描部位 图4 2S E M 成分扫描分析图 F i g 4 - 2T h ed i a g r a m m a t i cs k e t c ho f t

36、 h ec h e m i c a ld i s t r i b u t i o nb yS E M 由于焊缝区间左右对称分布，成分分析时取焊缝左侧进行线性扫描，并自焊缝 中心部位进行取点，依次向左进行分析，结果如图4 3 所示。 掉毪区一m 嚣、， 墨层不话埘 以吣h 、厂、n 一 一 p h 1 似 、棚n M M 九 熔台战 小M M 4 l f 忙 州认 I ( a ) 激光焊缝S E M 显微形貌图( b ) 线扫描成分变化趋势图 图4 - 3 自焊缝区覆层线扫描分析图 F i g 4 3T h eE D A Xa l o n gt h ew e l d i n gz o n e 太

37、原理。J + 火! 学硕十研究生学位论文 从图4 3 可以看出，自焊缝区覆层，c r ，N i 含量变化趋势为：在焊缝区的含量 均匀，无大的突变点出现，从焊缝到熔合线出，成份发生突变，c r 、N i 的百分含量 丌始升高，相应的F e 的百分含量出现降低，自覆层不锈钢过后，成份又趋于均匀稳 定，为了分析焊缝区的c r 、N i 的最低百分含量，对于焊缝区进行了取点能谱分析， 分析结果如图4 4 所示 ( a ) 取点能谱分析示意图( b ) 取点能谱分析结果图 图4 - 4 焊缝区取点能谱分析图 F i g4 4T h eE D A Xr e s u l t so f t h ew e l

38、d i n gz o n e 从以上能谱分析的结果得出激光焊接双面超薄不锈钢复合板时，焊缝区C r 、N i 含量同覆层不锈钢相比有较大降低，合金成份自熔合线处开始出现变化，焊缝区百分 含量均匀，C r 含量都在3 5 6 1 之间，N i 含量都在3 5 4 O 之间，对覆层不 锈钢取点能谱分析得出覆层不锈钢的C r 含量1 9 1 5 ，N i 为1 0 0 5 ，由于可以看出，焊 缝区同覆层不锈钢成份相比，含量大大降低是其抗腐蚀性能降低的主要原因，激光焊 接超薄不锈钢复合板含存在成份稀释率过大的问题。 4 3 2 焊接接头各区的显微组织 对激光焊接试件进行剪切，剪切尺寸为1 5 1 5

39、m m 2 。对试块进行镶块、打磨、抛 光、腐蚀，观察激光焊接后复合板接头各区的金相组织图。 3 3 太原理 i 人学硕+ 研究生学位论文 图4 - 5 基层金属的显微组织图 F i g4 5T h em i c r o s t r u c t u r eo f t h eb a s a lp l a t e 如图4 5 所示为基层碳钢的显微组织图，基材组织为铁素体( 白色) + 珠光体( 黑 色) ，靠近焊缝区由于受到焊接热源作用，基体热影响区的组织如图4 2 右侧，可以看 出沿晶界析出一次铁素体( 白色条状) ，晶粒内部珠光体和铁素体为细条状分布。”。 图4 - 6 焊接接头三相区组织图

40、F i g 4 - 6T h em i c r o s t r u c t u r eo f t h ew e l d i n g j o i n t si nt h r e ep h a s e N 4 6 为焊缝三相区金相显微组织图，三相区的组织分别是，覆层的单向奥氏体 组织，基层铁素体+ 珠光体组织，焊缝金属为铁素体+ 少量珠光体+ 少量的马氏体。 3 4 太原理：l ：大学硕士研究生学位论文 图4 - 7 激光焊缝中m 区显微组织图 F i g4 7T h em i c r o s t r u c t u r eo f t h el a s e rb e a mw e l d i n

41、gm i d c o n t i n e n t a lr e g i o n 图4 7 为焊缝中心区显微组织图，图中白色为铁素体，黑色颗粒为珠光体颗粒， 条状浅黑色区为马氏体。马氏体形成的主要原因是由于激光焊的深宽比大，造成焊缝 金属受到基层碳钢的稀释严重( 见表4 2 ) ，形成的组织与覆层奥氏体和基层碳钢组织 都不同，较快的冷却速度使焊缝中有条状马氏体组织形成“。 4 33 焊接接头的电化学腐蚀性能分析 电化学腐蚀性能试样的详细制备过程见第二章。腐蚀性能测量采用极化曲线法采 用三电极体系，参比电极选用饱和甘汞电极，辅助电极为铂电极，腐蚀液为3 5 的 N a C I 溶液，以l m v

42、s 的速度进行扫描，腐蚀点位区间为0 6 1 2 V ，所用的腐蚀试验设 备为P G S T A T 3 0 。作为比较，试验中对于母材的电化学腐蚀性能也进行了测量，试 验结果如图4 8 所示。 图4 8 激光覆层与焊缝金属的T a f c l 极化曲线图 F i g 4 - 8L a s e rc l a dm a t e r i a la n dt h ew e l d i n gz o n eT a f e lp l o t 3 5 太原理j l ：火学硕十研究生学位论文 应用弱极化曲线拟合方法和T a f e l 直线段分析法对极化曲线进行解析，分析结果如 表4 1 所示。 表4 1

43、腐蚀试验结果分析 T a b l e4 - 1T h ea n a l y s i so f T a f e lp l o t 分析项目 覆层不锈钢 激光焊缝区 腐蚀电流 ic o r r o s i o n ( A ) 18 9 3 X 1 0 6 20 9 5 x 1 0 。6 单位面积上的腐蚀电流 Ic o r r o s i o n ( A e r a 2 )3 1 5 x 1 0 63 4 9 lx 1 0 。6 m 极极化斜率 B e ( v d e c ) O 1 0 90 0 8 6 阴极极化斜率 B a ( v d e c ) 0 15O 1 6 6 电阻 R p ( n )

44、 3 7 5 x 1 0 29 4 5 1 0 自腐蚀电位( 绝对值) E c o r r o b s ( V ) 0 4 0 50 4 8 l 自腐蚀电位( 计算值) E c o r r c a t c ( V ) 0 4 0 l，0 4 8 从表4 1 可以看出激光焊接后，焊缝区和覆层不锈钢材料的自腐蚀电位为 0 4 8 1 V ，0 4 0 1 V ，自腐蚀电位降低。最小腐蚀电流分别为3 4 9 1 1 0 6 A c m 2 ，3 1 5 1 0 石A c m 2 ，电化学腐蚀后的试样结果看，焊缝区腐蚀后变黑，而覆层不锈钢则没变 化。说明其抗腐蚀性能顺序为：焊缝区 铁素体 珠光体 奥氏

45、体“”。因此焊缝区组织分布可 以通过测试显微硬度来分析，载荷为2 5 9 ，显微硬度分析过程如图4 9 所示。 3 6 奎堕堡：! ：丛堂堕塑至竺兰笪堡苎 S U S 3 1 6 不锈钠 t ：一：二= ：= = 一：一监一：二二= 二= ：= ：一一。 ! 硬度测试点 图4 - 9 焊缝显微硬度测试示意图 F i g 4 9T i l es c h e m a t i cp l a no f t h em i c r o h a r d n e s sa l o n gt h ew e l d i n gz o n e 丛层 碳制 显微硬度计从覆层侧开始取点，沿l 进行分析测量，即横向测量显

46、微硬度。同 时分析焊缝纵向的显微组织硬度变化如线2 。结果如图4 1 0 和4 一l l 所示。 图4 1 0 沿线1 显微硬度分布图 F i g4 1 0T h em i c r o h a r d n e s sd i s t r i b u t i o na l o n gt h el i n e 一1 图4 - 1 1 沿线2 显微硬度分布图 F i g4 - I1T h em i c r o h a r d n e s sd i s t r i b u t i o na l o n gt h el i n e2 3 7 一并。兰日uEt旦08一= 太原理l ：人学硕+ 研究生学位论文

47、 从图4 一l O 可以看出，硬度从熔合线开始自覆层不锈钢至焊缝区，在熔合线处硬度 有明显的升高，焊缝中，t l , 处硬度有所下降并且变化不大，这与焊缝区金相组织有关， 主要是由于激光焊的加热区域很小，温度梯度较大，靠热传导的冷却速度很快，最终 导致激光焊接接头的显微硬度比较高。 此外，覆层材料为单相奥氏体，硬度不高，焊缝区由于受到基层碳钢的稀释，合 金元素的百分含量成份同覆层有较大变化( 见图4 8 ) ，焊缝凝固后的组织为铁素体+ 少量珠光体+ 少量马氏体，因此其硬度自熔合线处升高，焊缝中区局部显微硬度的波 动同析出马氏体的数量与形态有关，显微组织分析看出焊缝区马氏体形态为细条状马 氏体

48、。马氏体析出较多的区域显微硬度值偏高“”3 。 沿焊缝纵向的显微组织分布如图4 1 1 所示，从变化趋势可以看出，焊缝上、下 两端的显微硬度值要比中，I i , 区的硬度值高，对焊缝中心区的E D A X 分析得出，在焊 缝中心区的C r 、N i 含量为6 0 9 、3 8 1 ，变化不大焊缝中心区冷却速度比上下两端慢， 因此形成的显微组织中珠光体( 黑色) 比两端要多，中心区硬度低。图4 一中心区有 个升高点，可能是由于打到马氏体上的缘故。 44 2 焊接接头拉伸r 生能 焊接接头的拉伸试样的制备及试验设备见第二章，拉伸试验结果显示激光焊接 接头的断裂部位都在靠近熔合线的热影响区，接头的最

49、大抗拉应力大于母材，采用公 式 万：毕。1 0 0 D O 应力M P a应力应变曲线圈 | 厂 | 图4 - 1 2 焊接接头拉伸试验示意图 F i 9 4 1 2T h es k e * i c hm a po f l h et e n s i l et e s t 太原理丁人学硕十研究生学位论文 计算断面延伸率，计算结果如表4 2 所示 表4 - 2 焊接接头拉伸性能分析 T a b l e4 - 2T h et e n s i l et e s ta n a l y s i so f t h ew e l d i n g j o i n l s 试样( J b ( M P a )( J 02