高氮奧氏體不銹鋼雙機(jī)器人協(xié)同雙面雙弧TIG焊接工藝的技術(shù)研究.pdf

1、相比于普通鉻鎳不銹鋼，高氮奧氏體不銹鋼材料以氮代鎳，不僅能夠節(jié)約大量的鎳，同時(shí)還具有更加優(yōu)異的力學(xué)性能和耐腐蝕性能。而焊接作為高氮鋼材料的重要加工手段，對(duì)高氮鋼的應(yīng)用有重要影響。但研究表明，在焊縫區(qū)和熱影響區(qū)易產(chǎn)生氮損失和氮?dú)饪资沁@種材料的焊接難點(diǎn)。因此，如何解決高氮鋼材料在焊接時(shí)產(chǎn)生的這些問(wèn)題，是焊接要研究的重點(diǎn)。
　　本文采用雙機(jī)器人協(xié)同雙面雙弧TIG焊接系統(tǒng)針對(duì)7mm厚高氮奧氏體不銹鋼板進(jìn)行對(duì)接立焊試驗(yàn)研究，采用調(diào)節(jié)焊接工藝

2、參數(shù)和焊接保護(hù)氣組分的方法，探究了焊縫中的氮含量的變化規(guī)律，分析了焊縫中含氮量的不同對(duì)接頭的組織和性能的影響，探索了焊縫固氮的方法，最終實(shí)現(xiàn)了焊縫固氮的目的，并完成了最優(yōu)的焊接工藝參數(shù)的探索。
　　當(dāng)使用純Ar作為焊接保護(hù)氣時(shí)，焊接過(guò)程非常穩(wěn)定，整個(gè)過(guò)程中電弧弧柱長(zhǎng)度無(wú)變化，且無(wú)飛濺產(chǎn)生。而且當(dāng)保護(hù)氣中氮?dú)獗壤纳邥r(shí)，電弧穩(wěn)定性變差，焊接電弧逐漸開(kāi)始失穩(wěn)，飛濺越來(lái)越大，焊縫寬度增加，焊縫中咬邊缺陷愈發(fā)明顯，焊縫成形變差。同時(shí)，實(shí)

3、際焊接電流也不斷下降。
　　保護(hù)氣中氮?dú)獾谋壤龑?duì)焊縫中氣孔性有很大影響。當(dāng)保護(hù)其中氮?dú)獗壤?0％以下時(shí)，焊縫無(wú)氣孔，X射線檢測(cè)結(jié)果為Ⅰ級(jí)片;當(dāng)?shù)獨(dú)獗壤哂?0％后，焊縫中開(kāi)始產(chǎn)生氣孔，此后焊縫中氣孔逐漸增多，氣孔數(shù)在保護(hù)氣為純氮?dú)鈺r(shí)最多，此時(shí)焊縫中不僅有小大氣孔，還出現(xiàn)了氣孔連成一起形成一條狹長(zhǎng)的氣孔帶的情況。
　　焊縫中的氮含量隨著保護(hù)氣中氮?dú)獾谋壤奶岣叨粩嘣龃?。保護(hù)氣為純氬氣時(shí)，焊縫中氮含量為0.25％;保護(hù)氣為純

4、氮?dú)鈺r(shí)，焊縫含氮量可達(dá)到0.75％，低于母材的0.76％。
　　焊縫含氮量對(duì)焊縫中δ-鐵素體的含量有影響。焊縫中氮含量越高，δ-鐵素體的含量越低，而且始終維持在很低的水平，變化范圍在0.083％～0.12％之間。母材中的鐵素體含量最高，達(dá)到0.17％。
　　研究焊縫含氮量對(duì)接頭微觀組織的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，焊縫凝固模式始終是A模式。當(dāng)焊縫中氮含量為0.25％時(shí)，焊縫由奧氏體基體和奧氏體樹(shù)枝晶組成;當(dāng)焊縫中氮含量達(dá)到0.48％之后，焊

5、縫組織為單相胞狀?yuàn)W氏體晶和斷續(xù)的骨架狀?yuàn)W氏體樹(shù)枝晶，還有部分奧氏體柱狀晶。并且，隨著焊縫中氮含量的持續(xù)增大，奧氏體樹(shù)枝晶逐漸粗化，枝晶間距開(kāi)始增大，枝晶臂變粗，奧氏體柱狀晶也逐漸變短變粗，同時(shí)生長(zhǎng)方向也更加無(wú)序。另外，XRD檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，在焊縫中有碳化物析出，還有部分Fe-Mn-Cr系合金組織，但是沒(méi)有發(fā)現(xiàn)氮化物。
　　焊縫中氮含量不同，其力學(xué)性能也有所差異。焊縫的抗拉強(qiáng)度隨著焊縫中含氮量的增加而先增大后減小。當(dāng)焊縫中氮含量為0.75

6、％時(shí)，接頭的拉伸強(qiáng)度最低，占母材的77.5％;當(dāng)焊縫中含氮量達(dá)到0.62％時(shí)，其抗拉強(qiáng)度最高，為了母材的83.2％;焊縫的顯微硬度隨著焊縫中氮含量的增加而呈現(xiàn)整體變大的趨勢(shì)，焊縫區(qū)的母材硬度值一直大于熱影響區(qū)的硬度值，但是低于母材的硬度值;當(dāng)焊縫中氮含量增大時(shí)，對(duì)應(yīng)的焊縫的沖擊吸收功先變大后變小，在焊縫中氮含量為0.62％時(shí)，沖擊吸收功最大，與母材的沖擊吸收功相當(dāng)。
　　綜合評(píng)價(jià)不同氮含量的焊縫，從焊縫外觀、缺陷水平、顯微組織和力

7、學(xué)性能考慮，發(fā)現(xiàn)最優(yōu)焊接工藝參數(shù)為:(1)10％N2+90％Ar，雙面直流120A;(2)20％N2+80％Ar，從側(cè)直流115A，主側(cè)直流脈沖峰值191A，基值為20％，占空比50％，頻率5Hz。保護(hù)氣體流量為13L/min，焊接速度25cm/min。此時(shí)焊縫成型美觀，X射線檢測(cè)為Ⅰ級(jí)片;顯微組織為單相奧氏體組織且晶粒細(xì)小生長(zhǎng)方向各異;抗拉強(qiáng)度達(dá)到母材的80％以上，從拉伸斷口韌窩形貌分析此時(shí)塑性最好;焊縫區(qū)顯微硬度值相較于其他焊縫處在