论文部分内容阅读
奥氏体不锈钢作为重要的耐腐蚀材料被广泛应用于各种腐蚀环境中。通常该类不锈钢中具有少量铁素体组织,用于提高钢材的抗热裂性能和耐腐蚀性能。奥氏体不锈钢中铁素体含量的最佳范围应小于3%。用传统焊接方法得到的奥氏体不锈钢的焊缝金属中,铁素体含量可达到5-7%,激光焊接过程的热输入较高、冷却速度快,激光焊接接头中铁素体相比例则会更高,这对于接头的耐蚀性能是不利的。本文实现了通过侧吹气体增加焊缝金属中氮元素含量的方法来控制接头中的铁素体含量,建立了奥氏体不锈钢光纤激光焊接的侧吹气体和金属蒸汽流体模型,分析了侧吹气体种类和流量对金属蒸汽温度场和速度矢量场的影响,并且通过试验分析了侧吹气体种类和流量对奥氏体不锈钢光纤激光焊缝组织和性能的影响。首先通过数值模拟的方法分析了焊接过程中的温度场和速度矢量场,结果表明:采用氮气和氩气这两种气体作为保护气体时,金属蒸汽的尺寸和高度均随着侧吹气体流量的增加而减小。但采用氩气作为侧吹气体时,匙孔外金属蒸汽尺寸略大一些,氮气对金属蒸汽具有较强的抑制能力。通过金相观察、元素成分分析等手段对焊缝成形、焊缝组织进行测试,试验结果表明:采用氮气和氩气这两种气体作为保护气体时,焊接接头均成“钉子形”,熔深、熔宽的变化不明显,侧吹气体的种类并不影光纤激光与材料的交互过程;同时,采用氮气作为侧吹气体时能明显增加焊缝中氮元素的含量,氮元素含量的增加能有效促进铁素体向奥氏体的转变,降低焊接接头中铁素体的含量。此外,采用氮气侧吹也能大大减少焊缝中气孔的数量。对奥氏体不锈钢激光焊接接头的力学性能和耐腐蚀性能进行测试,试验结果表明:采用氮气和氩气这两种气体作为保护气时,焊接接头的抗拉强度均大于母材,焊缝具有良好的力学性能。而氮气侧吹时焊缝区的显微硬度大于氩气侧吹时焊缝区的显微硬度。同时,这两种气体保护下焊缝的自腐蚀电位与母材相近,氩气保护时的点蚀电位也与母材相近,而氮气保护时焊缝的点蚀电位略有上升,即氮气保护可以提高焊缝的抗点蚀能力。本文提出的通过氮气作为侧吹气体的方法能有效增加焊缝中氮元素的含量,从而有效降低焊缝中铁素体的含量。同时,与氩气相比,采用氮气作为侧吹气体还能够增加焊缝硬度,提高焊缝的抗点蚀能力。