430不锈钢激光和TIG焊接行为研究.pdf

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I摘摘 要要 不锈钢由于其具有优良的耐腐蚀性能，在我国的经济建设中有举足轻重的地位，被广泛应用于船舶、车辆、汽车、桥梁、建筑及家电设备等行业在不锈钢加工工艺中，焊接是最主要的必不可少的加工技术焊接件的数量、品种、规格在不断的增加，对焊接工艺的要求也越来越高 本文分析了不锈钢焊接过程中存的问题，概述了激光焊接和钨极氩弧焊的工艺要素及其在不锈钢焊接中的研究现状针对 430 铁素体不锈钢激光焊接和钨极惰性气体保护焊的相关问题开展研究,内容包括对不锈钢进行激光焊接和钨极氩弧焊接，利用金相显微镜，显微硬度计，万能拉伸试验机，冲杯试验机等测试手段,对焊接接头的微观组织结构，显微硬度，接头力学性能，焊缝冲压成形能力等进行分析，探讨焊缝组织与力学性能的关系 研究结果表明，不锈钢薄板激光脉冲焊接时，为获得表面成形良好的焊缝，应选择较小的焊接电流，较高的焊接速度；激光焊缝由中心较大的胞状晶和焊缝边缘的柱状晶组成，焊缝组织为铁素体和分布在晶界间的碳化物；焊缝中心硬度显著高于热影响区和母材，几乎为母材的两倍焊缝抗拉强度强于母材；430 铁素体不锈钢激光焊缝对晶间腐蚀敏感，晶间腐蚀后焊缝断裂于析出碳化物较多的热影响区。

钨极氩弧焊时,焊接线能量是影响焊接质量的重要因素；焊缝中心存在少量等轴晶，偏离焊缝中心出现较大的胞状晶，接近母材的热影响区则为柱状晶,晶间存在马氏体析出；再结晶形成细小的再结晶新晶粒，减小了焊缝晶粒粗化的倾向；焊缝硬度稍高于母材，高温热影响区硬度显著提高；成形良好的接头抗拉强度稍高于母材，部分试样拉伸断裂起源于热影响区，断口为脆性断裂形貌 关键字关键字：不锈钢; 激光; 钨极氩弧焊; 显微组织; 力学性能 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 IIAbstract Stainless steel is important in China's economic construction because of its excellent corrosion resistance and is widely used in ships, vehicles, cars, bridges, buildings and appliances and other industries. In stainless steel processing, welding is the most important essential technology. As the number, variety, the specifications of the weldment increase, the requirements of the welding technology is also getting higher and higher. The main problems in the welding process of stainless steel were analyzed，some welding methods that may be used on stainless steel，its procedure factors as well as its updated research results were reviewed，including gas tungsten arc welding and laser welding.The related issues of laser welding and gas tungsten arc welding 430 ferrite stainless steel were investigated. The laser welding and TIG Welding experiments of stainless steel were tested. The microstructure was investigated with optical microscopy. Mechanical properties were tested by standard tensile tests on small scale specimen ,microhardness device and cup- testing machine. The relationship of mechanical properties and weld microscopic structure was discussed. The results show that it should choose smaller welding current, higher welding speed in order to obtain the joint with good surface. The center of the laser weld was cellular grain, and the edge of weld was columnar crystals. The microstructure was ferrite and carbide distributing in the grain boundaries. The hardness of Weld center was significantly higher than that of heat- affected zone and base metal, almost double of the base metal. The tensile strength of base metal is higher than base metal. The weld wad sensitive to crystal corrosion and fractured in the heat- affected zone after crystal corrosion. Welding heat input is an important factor for the quality of TIG weld. Weld centre existed a small number of equiaxed grain , a departure from the center seam was larger cellular crystal, columnar crystal located in heat- affected zone . Martensite precipitated between crystal boundaries. Recrystallization formed of the small recrystal grain and reduced the tendency of coarse grains in the weld. The hardness of Weld is slightly higher than the base metal, and the hardness of heat- affected zone significantly increased. some 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 IIIof the sample fractured in the heat- affected zone, The morphology of fracture is brittle mode Keywords: stainless steel; laser; TIG; microstructure; mechanical properties 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密□ ，在________年解密后适用本授权书 本论文属于 不保密□ （请在以上方框内打“√”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 11 绪论绪论 1.1 激光焊接概述激光焊接概述 激光加工是将激光束聚焦到材料表面，使之加热熔化，从而达到加工的目的激光加工属于非接触加工，具有加工速度快、无噪音，而且光束能量、光束移动速度都可以方便的调节；通过外光路系统可以使光束改变方向，因而可以与数控机床，机器人机构连接成为柔性加工系统；激光加工也具有加工热影响区小，工件整体在加工过程中不容易变形等特点。

由此可见，激光加工在加工方法中具有明显的优势，在某些领域中，激光加工甚至有取而代之的趋势，这对传统加工方法来说是一种挑战激光材料加工按其加工方法可分为切割、焊接、热处理及表面处理、雕刻、打孔、刻蚀以及激光成形和激光快速成形等在目前增长最快的加工类别是激光焊接在激光焊接过程中，能够向工件传输高于 10kw／mm2的能量密度，因此能够形成深宽比较大的熔池又因为激光焊接飞溅少、热影响区小、焊缝成形美观等优点，它在焊接领域已经得到了越来越广泛的应用在发达国家，激光焊接几乎涉及了各个工业领域，尤其在汽车制造业中，激光焊接更是得到了广泛的应用[1] 根据激光对工件的作用方式或者激光束的输出方式不同，可以把激光焊接分为脉冲激光焊接技和连续激光焊接技术前者形成一个个圆形焊点，后者形成一条连续的焊缝脉冲焊接时，输入到工件上的能量断续的、脉冲的早期的应用均是采用脉冲固体激光器，进行小型零部件的点焊和由点焊点搭接而成的焊缝，焊接过程属热传导焊接高功率二氧化碳(CO2)激光器的出现，开辟了激光焊接的新领域但是 CO2激光器输出波长长，金属表面对它的反射率高，早期应用较低功率 CO2激光于传导型焊接的试验均不很成功。

直至 1971 年，采用数千瓦连续 CO2激光，人们得到了与电子束焊接类似的基于“小孔效应”的深熔焊接，消除了金属高反射率造成的壁障，激光深熔焊接技术才得到迅速发展，并在机械工业中得到日益广泛的应用[2]CO2激光器虽然在金属表面的反射率高,但由于其功率输出高、光束质量好,得到了广泛应用20 世纪末期，国际商用激光加工系统的产值中，CO2激光加工系统约占三分之二，YAG 激光加工系统约占三分之一CO2激光器的最大应用领域是切割和焊接,这类用途 50%以上20～45kW 的大功率激光器现已用于桥梁、造船、建筑机械华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2和原子技术等领域该种激光器可切割厚度达 30mm 以上的钢板[3] 根据实际作用在工件上的功率密度或者激光焊接时焊缝的形成特点，又可以把激光焊接分为热传导焊接（功率密度小于 105W/cm2）或者深熔焊接（功率密度大于等于 105W/cm2）两类这两种方式最根本的区别在于；前者熔池表面保持封闭，而后者熔池则被激光束穿透成孔[4]热导焊时，激光辐射能量作用于材料表面，激光辐射能在表面转化为热量表面热量通过热传导向内部扩散，使材料熔化，在材料连接的区的部分形成熔池。