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430铁素体不锈钢钢带光纤激光填丝焊焊接工艺研究

来源:激光制造商情

关键词:光纤激光 填丝焊

2016-12-06

 孟云飞

武汉法利莱切焊系统工程有限公司,湖北 武汉 436070

摘要:分别研究了激光自熔焊和激光填丝焊焊接工艺对2 mm厚430铁素体不锈钢钢带焊接的影响,分析了铁素体不锈钢激光焊接的组织转变以及力学性能变化规律。结果表明,相对于激光自熔焊接,激光填丝焊焊接430铁素体不锈钢所获得的焊缝晶粒更细小,焊缝成型更均匀、饱满且焊缝无凹陷、咬边等缺陷,接头抗拉强度优于母材,熔合区硬度值分布更加均匀,最高可达320HV左右,相对母材硬度值有显著提升。430铁素体不锈钢在0.1mm和0.3mm对接间隙下进行激光填丝焊均获得成型良好且力学性能优良的焊接接头,从而可大大降低对焊接生产装配条件的要求。

关键词:铁素体不锈钢;钢带;激光焊;激光填丝焊;焊接工艺

 

0 引言 

随着稀有金属镍、钼、钒等价格的上涨,奥氏体不锈钢的应用和发展面临成本问题,并且奥氏体不锈钢的焊接接头易出现晶间腐蚀、缝隙腐蚀和点蚀等问题,而影响其使用性能[1]。铁素体不锈钢(Ferrite Stainless Steel,简称FSS)相对奥氏体不锈钢来说,不含镍成分,且具有优良的耐高温氧化和氯化物腐蚀的性能[2,3],其低的成本,小的线膨胀系数小和优良的耐热疲劳性能[4],使得铁素体不锈钢可在多种腐蚀介质环境下替代奥氏体不锈钢使用[5,6]。但由于铁素体不锈钢在焊接过程中不发生相变,晶粒在加热后会发生显著长大,因而采用传统的焊接方法会导致其焊接接头晶粒的严重粗化,从而引起接头脆化、接头裂纹等问题,严重影响其使用性能[7,8]。因此,有必要寻找新的焊接方法解决上述问题,满足其使用性能。

激光焊接作为高效、环保的焊接方式,近年来受到越来越多的重视。激光焊与传统的MIG焊相比,具有高能量密度和小光斑尺寸的特点,因此在焊接过程中具有输入的热输入小、焊接速度快、深宽比大和焊接变形小等优点[9-11],故其焊接熔化区体积小于MIG焊,熔池暴露于氧化环境里的表面积也因此而大大减小。另外,激光焊接速度比MIG焊快2-3倍,熔池暴露于氧化环境的时间也可以大大缩短,加之激光焊的热影响区很小,使热影响区受热产生的危害程度可降至最低。

目前最常用的激光焊接方法为激光自熔焊接,焊接过程中并不填充焊丝,只通过对母材的加热熔化从而凝固形成接头。激光自熔焊焊接过程中会导致母材中一些合金成分的蒸发,从而导致接头成形不良,甚至产生裂纹和气孔等缺陷。另外,由于激光聚焦光斑很小,因而激光自熔焊对接头装配间隙和错边量要求非常高,通常小于 0.1mm[12]。激光填丝焊接技术可以解决以上激光自熔焊接的局限性,它是通过填充焊丝或焊料的方式,控制焊缝合金成分和改善接头显微组织,最终提高其使用性能[13-15]

主要研究了2mm厚430铁素体不锈钢钢带激光填丝焊的焊缝成形、组织和性能,以及相对于激光焊对焊缝性能和装配要求的改善程度,为激光填丝焊接应用于铁素体不锈钢钢带焊接提供理论支持。

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