高氮奥氏体不锈钢薄板焊接成形及组织性能控制研究

摘要

高氮奥氏体不锈钢焊缝容易出现气孔、氮化物析出、裂纹等问题，针对这一技术难点，本文采用自制高氮钢焊丝，对1.45mm的高氮钢薄板进行无填丝TIG焊、填丝TIG焊以及电子束焊的零间隙对接工艺试验研究，探究了个工艺参数对焊缝成型质量的影响，并对其微观组织与力学性能进行研究。
　　分析了高氮钢薄板焊缝成型及质量的规律。无填丝TIG焊焊缝较宽，焊缝气孔缺陷较多，电子束焊缝则较窄，无气孔缺陷，两者皆无余高。填丝TIG焊焊缝尺寸在两者之间并又存在余高，焊接电流会影响焊缝的各个尺寸参数，合理的电流范围在85～100A之间;焊接速度影响焊缝的熔深熔宽;送丝速度则影响焊缝的余高，焊缝中气孔、裂纹明显减少。
　　通过SEM、EDS、XRD、元素含量检测等方法，分析了高氮钢焊缝微观组织，发现高氮钢无填丝TIG焊焊缝组织是单相奥氏体。填丝TIG焊焊缝组织与氮含量有关，当焊缝氮含量为0.5％时，组织为奥氏体+骨架状铁素体，此时为AF凝固模式;当焊缝氮含量逐渐升高，为0.72％时组织为奥氏体，奥氏体枝晶方向性明显;当焊缝氮含量为0.79％时，组织为单相奥氏体且晶粒粗化，为A凝固模式。而高氮钢电子束焊缝组织是单相奥氏体。上述三种焊缝中均未出现氮化物的析出。
　　探究了高氮钢接头的力学性能。无填丝TIG焊抗拉强度为900MPa;填丝TIG焊接头抗拉强最高达到995MPa，可达到母材的98％，与母材近等强，焊缝区硬度最高值为320HV;电子束接头抗拉强度可达到985MPa，同样与母材近等强，焊缝区硬度最高值为300HV。
　　初步探索了高氮钢的防护应用，有较多的应用领域，具有抗弹性能较好，使用寿命长以及其他优点。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 高氮奥氏体不锈钢的特点

1．3 高氮奥氏体不锈钢焊接方法

1．3．1 MIG焊

1．3．2 TIG焊

1．3．3 电子束焊

1．3．4 其他焊接方法

1．4 高氮奥氏体不锈钢焊接研究现状

1．4．1 高氮钢焊接缺陷

1．4．2 高氮钢焊接接头氮含量的影响因素

1．5 课题主要研究内容

2 试验材料、设备及方法

2．1 试验材料

2．2 试验设备

2．2．1 机器人TIG焊

2．2．2 电子束焊

2．3 检测方法

2．3．1 试样微观分析

2．3．2 试样硬度测试

2．3．3 试样拉伸测试

2．3．4 其他检测方法

2．4 高氮钢薄板焊接难点及研究方案

2．4．1 焊接难点

2．4．2 研究方案

2．5 本章小结

3 高氮钢薄板TIG焊工艺试验研究

3．1 无填丝TIG焊试验研究

3．1．1 焊缝宏观形貌

3．1．2 焊缝缺陷检测

3．2 填丝TIG焊试验研究

3．2．1 焊接电流对焊缝成形的影响

3．2．2 焊接速度对焊缝成形的影响

3．2．3 送丝速度对焊缝成形的影响

3．3 本章小结

4 高氮钢薄板TIG焊接接头组织及力学性能分析

4．1 接头组织特征分析

4．1．1 接头宏观形貌分析

4．1．2 熔合区显微组织分析

4．1．3 焊缝显微组织分析

4．2 焊缝金属凝固模式分析

4．3 接头力学性能

4．3．1 硬度测试

4．3．2 拉伸性能

4．4 本章小结

5 高氮钢薄板电子束焊接试验研究

5．1 电子束焊工艺试验研究

5．1．1 焊缝宏观形貌

5．1．2 焊缝缺陷检测

5．2 接头组织特征分析

5．2．1 接头宏观形貌分析

5．2．2 熔合区显微组织分析

5．2．3 焊缝中心显微组织分析

5．2．4 焊缝X射线衍射分析

5．3 接头力学性能

5．3．1 拉伸性能

5．3．2 硬度测试

5．4 高氮钢电子束焊与填丝TIG焊焊接接头对比研究

5．5 本章小结

6 高氮钢应用初探

6．1 复合结构高氮钢防护材料

6．2 单一结构高氮钢防护材料

6．3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的专利