高氮钢激光-MAG复合焊工艺及焊缝增氮研究

发布时间：2020-05-28 00:57

【摘要】：高氮钢具有高强度、良好的冲击韧性以及耐腐蚀性,并且氮替代镍带来了生产经济性和良好的生物相容性,在防弹装甲、运输管道和医疗器械等领域应用前景广阔。但由于高氮钢含氮量高的自身特点,其焊接性较差,存在固溶氮损失、气孔缺陷显著以及氮化物析出的问题,本课题提出基于粉末填充的高氮钢激光-MAG复合焊接焊缝增氮工艺,并对熔滴过渡稳定性、氮的溶入与析出行为、气孔缺陷成因、焊缝组织演变以及性能改善程度等方面进行了分析。本文首先进行了高氮钢激光-MAG复合焊接优化工艺,能够实现较好的表面成形,焊接稳定性较好,飞溅较少,但氮含量仅为母材的73%。焊接速度对高氮钢气孔具有较高的敏感性,离焦量会明显影响焊接稳定性,在零离焦时能获得较好的成形质量,同时需要控制焊接电流和光丝间距,保证电弧与激光热源起到良好的耦合效果。选用氮化锰粉末进行了增氮工艺试验。送粉角度主要影响焊接过程稳定性,只有从焊枪下方送粉才能较好地维持稳定焊接。随着送粉量的增加,成形质量逐渐变差,含氮量先增加后趋于稳定,增氮效果存在阈值。通过对增氮工艺试验中氮行为分析表明,氮化工艺接头的氮含量最高可达0.55%,约为母材氮含量的84.6%,氮主要以固溶态存在,少部分以氮气孔的形式残留于焊缝中,无明显析出物产生。增氮工艺过程中,氮化锰粉末完全分解,经熔滴表面传质进入熔池,虽然氮气孔析出倾向变大,但综合体现为焊缝固溶氮含量的提高。随着焊接速度提高,工艺类气孔减少,氮气孔增多,总体呈现气孔数量增加,平均尺寸减小的变化规律。对增氮前后的高氮钢焊缝组织和性能进行了对比分析,研究表明焊缝均为奥氏体基体+δ-铁素体的混合组织,随着氮含量提高,δ-铁素体含量降低。奥氏体基体中分布有少量Ti N颗粒相,且奥氏体与δ-铁素体的相界面存在氮富集现象,存在大量显微气孔。氮化工艺的高氮钢接头力学性能得到提高,但厚度方向上具有一定的不均匀性。接头拉伸强度为1072MPa,提高了14%,可达母材强度的73%,为韧性断裂。冲击韧性提高不明显,焊缝冲击断口呈现准解理断裂和韧窝断裂的混合特征。
【图文】：

高氮奥氏体,含氮量,年份,不锈钢

1-1 高氮奥氏体不锈钢的开发年份及对应的含氮量 18Cr-18Mn 钢制备的发电机用护环时常失效更加苛刻。德国埃森能源技术有限公司通过这种需求的 P900、P900NMo、P2000 高氮钢（X其中 P2000 钢的 N 含量可达 1.0%，抗拉强度提高了发电机用护环的屈服强度和耐腐蚀性，及充分的热膨胀性。18Cr-18Mn 钢的工作温度度可达 130℃。图 1-2 和图 1-3 分别为欧洲的

高氮钢,扣环,胚体,转子

应这种需求的 P900、P900NMo、P2000 高氮钢（X13种，其中 P2000 钢的 N 含量可达 1.0%，抗拉强度高o，提高了发电机用护环的屈服强度和耐腐蚀性，保证质以及充分的热膨胀性。18Cr-18Mn 钢的工作温度为温度可达 130℃。图 1-2 和图 1-3 分别为欧洲的 P9
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG457.11

【参考文献】