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1、1Cr22Mn16N高氮鋼激光焊接I.焊接保護氣體組成和熱輸入對焊縫氮含量及氣孔性的影響第28卷第8期焊接Vo1.28No.82007年8月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONAugust20071Cr22Mn16N高氮鋼激光焊接I.焊接保護氣體組成和熱輸入對焊縫氮含量及氣孑L性的影響趙琳,一,田志凌,彭云,一,肖紅軍,趙曉兵,2(1.鋼鐵研究總院先進鋼鐵流程及材料國家重點實驗室,北京100081;2.鋼鐵研究總院結(jié)構(gòu)材料研究所,北京100081)摘要:利用c02激光對1Cr22Mn16N高氮鋼進行了焊接,研究了焊接熱輸入和保護氣體組成對焊縫氮含量,
2、氣孑L的影響.結(jié)果表明,在相同激光焊接熱輸入條件下,隨著保護氣體中氮含量的增加,高氮鋼焊縫中的氮含量略有增加.當采用純氬作為焊接保護氣體時,焊縫氮含量隨熱輸入的增加而減小;當保護氣體中的氮比例達到一定比例時,焊縫氮含量隨熱輸入的增加而增大.焊接熱輸入較小的條件下焊縫易產(chǎn)生氣孑L,較大的熱輸入將抑制焊縫中氣孑L的產(chǎn)生,而且保護氣體中氮含量越高,焊縫中產(chǎn)生氣孑L的傾向越小.關(guān)鍵詞:高氮鋼;激光焊接;氮含量;氣孑L中圖分類號:TG456.7文獻標識碼:A文章編號:0253—360X(2007)08—089—040青專高氮奧氏體不銹鋼(高氮鋼,氮含量一般超過質(zhì)量分數(shù)0.4%)是工程材料的一個重要分支,
3、其主要是利用氮元素來部分甚至完全代替合金元素鎳以獲得奧氏體組織I.高氮鋼利用氮進行合金化而具有良好的強韌性和耐蝕性.高氮鋼將主要作為結(jié)構(gòu)材料來使用,能否廣泛應用在一定程度上取決于其焊接接頭的性能,因此高氮鋼焊接技術(shù)的研究具有十分重要的意義,是高氮鋼研制成功與否的關(guān)鍵之一[3—5]o高氮鋼具有高氮的性質(zhì),其焊接時可能會出現(xiàn)如圖1所示的問題[6-9]:(1)焊縫區(qū)氮的損失即氮氣孔的形成和氮的逸出;(2)焊縫區(qū)和焊接熱影響區(qū)氮化物,碳化物以及碳氮化物的析出,力學性能和抗腐蝕性能都會隨之下降;(3)焊縫凝固裂紋及熱影響區(qū)液化裂紋的形成.高氮鋼由于較高的氮含量才具有良好的性能,而在其熔焊過程中,焊縫區(qū)氮
4、的損失降低了焊縫中的固溶氮含量,從而造成接頭性能的下降,因此,高氮鋼熔焊時首先需要解決氮的損失問題,保證焊接接頭性能.作者對高氮鋼進行激收稿日期:2OO7—02—05基金項目:國家重點基礎研究規(guī)劃(973)項目課題(2004CB619103);中國博士后科學基金資助項目(3Y)(~390417)趙琳光焊接,研究了不同焊接保護氣體組成以及熱輸入對焊縫氮含量,氣孔性的影響.氮氣逸出圖1高氮奧氏體不銹鋼熔焊時可能出現(xiàn)的焊接缺陷Fig.1Weldingdefectsinfusionweldingofhighnitrogenausteniticstainlesssteel1試驗材料及方法試驗材料為3iT
5、lln厚1Cr22Mn16N高氮奧氏體不銹鋼,其化學成分(質(zhì)量分數(shù),%)為:C0.148,Si0.49,Mn16.00,Cr22.07,Ni0.47,N0.56,P0.029,S0.002.高氮鋼組織主要為奧氏體和少量的一鐵素體.激光焊接試驗使用3kW快軸流co2激光器,光束模式為TEMpo+0l,聚焦元件為焦距127iTlln的ZnSe透鏡,焦點位置光斑直徑為0.3iTlln.試驗中采圖2焊縫的氮含量F岣-2NcontentofvIJeIdS圖3焊縫的氣孔性Fig-3Poros~/ofWe一承'羽暴啊氅
6、
7、F札黛岳擐擴霸讎4麴第8期趙琳,等:1Cr22Mn16N高氮鋼激光焊接91A模式(凝固
8、的初始相和中止相均為),相),AF模式(初始相為),相,終止相為相),F模式(初始相和終止相均為相)和FA模式(初始相為相,終止相為),相).當焊縫凝固模式為F,FA模式時,氮在一鐵素體中的溶解度很小,凝固過程氮溶解度的驟變,加劇了氮氣孔形成的傾向;當焊縫凝固模式為A,AF模式時,氮在),一鐵素體中的溶解度較大,凝固過程氮溶解度不會產(chǎn)生驟變,不會增大氮氣孔的形成傾向.根據(jù)文獻[6],凝固模式可由Cr,Ni當量(Creq/Ni)的比例來劃分F模式:1.95≤Creq/Niq.FA模式:1.48≤Creq/Niq≤1.95.A,AF模式:Creq/Nia≤1.14.Creq=Cr%+Mo%+1.5
9、XSi%+0.5XNb%,(1)Nieq=Ni%+30XC%+0.5XMn%.(2)氮是促進奧氏體形成的元素,因此對于高氮鋼,Ni當量公式修改為Nicq=Ni%+30XC%+0.5XMn%+p+N%.(3)根據(jù)文獻[6],系數(shù)盧為13.430,1Cr22Mn16N高氮鋼Cre./Ni范圍為0.771.11,所以1Cr22Mn16N高氮鋼焊縫凝固模式為A,AF模式.圖5所示的焊縫組織為奧氏體和少量一
