不銹鋼雙鍍層低碳鋼激光焊接裂紋形成機(jī)理

1、不銹鋼雙鍍層低碳鋼激光焊接裂紋形成機(jī)理摘要:為了研究不銹鋼雙鍍層低碳鋼激光焊接裂紋的形成機(jī)理，本文采用300w的Nd:YAG激光器焊接不銹鋼和雙鍍層低碳鋼，用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡鏡和能譜儀觀察并分析焊點(diǎn)內(nèi)裂紋形貌和裂紋附近元素分布。結(jié)果表明：鍍層內(nèi)的銅在激光的熱作用下擴(kuò)散到焊點(diǎn)內(nèi)，快速冷卻后在晶界富集，在焊接應(yīng)力的作用下產(chǎn)生裂紋。關(guān)鍵詞：激光焊接；鍍層；裂紋；機(jī)理引言300系列奧氏體不銹鋼具較高的耐腐蝕性、強(qiáng)度和韌性，廣泛運(yùn)用于電

2、子儀器、精細(xì)器械、微電子等領(lǐng)域。激光脈沖焊接作為一種高質(zhì)量和低變形量的焊接方法，是焊接300系列不銹鋼的重要方法之一，同時(shí)也能滿足電子器件高精密的要求。300系列不銹鋼價(jià)格較高，若將其和碳鋼進(jìn)行焊接形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，既可以利用不銹鋼的優(yōu)良特性，同時(shí)又可以降低成本。在低碳鋼表面進(jìn)行電鍍，利用雙鍍層結(jié)構(gòu)達(dá)到鍍層和低碳鋼緊密結(jié)合的目的，同時(shí)又能保證表面具有一定的耐磨性、耐腐蝕性。近年來，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)不銹鋼和碳鋼的激光焊接進(jìn)行了深入的研究。Ab

3、delMonem和ElBatahgy研究了激光功率、焊接速度、離焦量和保護(hù)氣類型對(duì)激光焊接鍍鋅低碳鋼不銹鋼的焊點(diǎn)形狀和凝固組織的影響；M.J.Tkamany等人研究不銹鋼薄板和低碳鋼薄板的異種金屬激光搭接焊，認(rèn)為激光功率影響激光焊接模式由熱導(dǎo)焊向深熔焊過渡，這一轉(zhuǎn)變影響到下層板中熔化區(qū)尺寸，進(jìn)而決定了不銹鋼低碳鋼異種焊接接頭的機(jī)械性能；M.Nekoukie等人研究低碳鋼不銹鋼激光焊接時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)激光束能量超過一定值時(shí)，熔池內(nèi)金屬混合均勻，

4、通過改變激光束焦點(diǎn)位置可以控制焊接接頭的機(jī)械性能。近年來針對(duì)于影響熔合區(qū)組織、成分和性能的焊接工藝參數(shù)的研究很深入，但并沒有深入的研究鍍層對(duì)于激光焊接不銹鋼和低碳鋼的影響。本文采用300w的Nd:YAG激光器對(duì)厚度分別為0.4mm和0.5mm的不銹鋼和雙鍍層低碳鋼異種材料進(jìn)行搭接焊。研究了鍍層對(duì)激光焊接不銹鋼和碳鋼的影響，分析了激光焊接不銹鋼和雙鍍層低碳鋼的焊點(diǎn)內(nèi)裂紋的形成機(jī)理。1試驗(yàn)材料和試驗(yàn)方法1.1試驗(yàn)材料試驗(yàn)?zāi)覆臑镾US301奧

5、氏體不銹鋼、雙鍍層的SPCD低碳鋼和無鍍層的SPCD低碳鋼，厚度分別為0.4mm、0.5mm和0.5mm，其中雙鍍層低碳鋼的內(nèi)鍍層厚度是4um，外鍍層的厚度是3um。焊接前將其加工為6.52.5mm2的板材。母材及鍍層的化學(xué)成分如表1、2所示。表1不銹鋼和碳鋼的化學(xué)成分wt%CMnSiSPCrNiFeCS0.160.020.020.09余量SS0.051.180.420.010.0216.986.85余量圖2有雙鍍層低碳鋼不銹鋼和無鍍層

6、低碳鋼不銹鋼顯微維氏硬度值對(duì)比為了研究鍍層對(duì)焊點(diǎn)的影響，對(duì)比雙鍍層低碳鋼不銹鋼焊點(diǎn)和無鍍層低碳鋼不銹鋼焊點(diǎn)的顯微硬度值的變化，如圖2所示。鍍層對(duì)于焊點(diǎn)的硬度值有明顯影響，雙鍍層低碳鋼不銹鋼的焊點(diǎn)的硬度明顯低于無鍍層低碳鋼不銹鋼的焊點(diǎn)的硬度。這可能是由于從鍍層中擴(kuò)散到焊點(diǎn)中的Cu的含量較高，Cu在晶界大量富集，導(dǎo)致焊點(diǎn)的硬度降低。在雙鍍層低碳鋼不銹鋼焊點(diǎn)的熱影響區(qū)的硬度值降低，且低于不銹鋼母材的硬度。這可能是由于熱影響區(qū)晶粒粗化造成的。2

7、.3掃描電鏡及能譜分析為了研究鍍層中的Cu和Ni對(duì)焊點(diǎn)的化學(xué)成分的影響，采用掃描電鏡觀察不銹鋼一側(cè)的焊點(diǎn)，如圖所示，焊點(diǎn)內(nèi)不同區(qū)域處的Cu含量不同，晶粒內(nèi)的Cu含量遠(yuǎn)小于晶界Cu的含量。相比于Cu，Ni在晶界處的含量不高，可能有兩個(gè)原因，一是因?yàn)殡p鍍層低碳鋼和不銹鋼進(jìn)行異種焊接時(shí)，Ni的擴(kuò)散能力不如Cu，二是因?yàn)镃u和Ni在αFe中的固溶度不同，由于Cu在αFe中的固溶度較小，導(dǎo)致晶界處的Cu含量遠(yuǎn)高于Ni。元素成分（wt％）Ni4.1