本文關(guān)鍵詞：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

  更多相關(guān)文章： 高氮奧氏體不銹鋼 雙面雙弧TIG焊 氮含量 組織 性能

【摘要】：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)生氮損失和氮氣孔是這種材料的焊接難點。因此,如何解決高氮鋼材料在焊接時產(chǎn)生的這些問題,是焊接要研究的重點。本文采用雙機(jī)器人協(xié)同雙面雙弧TIG焊接系統(tǒng)針對7mm厚高氮奧氏體不銹鋼板進(jìn)行對接立焊試驗研究,采用調(diào)節(jié)焊接工藝參數(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接頭的組織和性能的影響,探索了焊縫固氮的方法,最終實現(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,焊接過程非常穩(wěn)定,整個過程中電弧弧柱長度無變化,且無飛濺產(chǎn)生。而且當(dāng)保護(hù)氣中氮氣比例的升高時,電弧穩(wěn)定性變差,焊接電弧逐漸開始失穩(wěn),飛濺越來越大,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,實際焊接電流也不斷下降。保護(hù)氣中氮氣的比例對焊縫中氣孔性有很大影響。當(dāng)保護(hù)其中氮氣比例在20%以下時,焊縫無氣孔,x射線檢測結(jié)果為1級片；當(dāng)?shù)獨獗壤哂?0%后,焊縫中開始產(chǎn)生氣孔,此后焊縫中氣孔逐漸增多,氣孔數(shù)在保護(hù)氣為純氮氣時最多,此時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的氣孔帶的情況。焊縫中的氮含量隨著保護(hù)氣中氮氣的比例的提高而不斷增大。保護(hù)氣為純氬氣時,焊縫中氮含量為0.25%；保護(hù)氣為純氮氣時,焊縫含氮量可達(dá)到0.75%,低于母材的0.76%。焊縫含氮量對焊縫中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%。研究焊縫含氮量對接頭微觀組織的影響時發(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,焊縫由奧氏體基體和奧氏體樹枝晶組成；當(dāng)焊縫中氮含量達(dá)到0.48%之后,焊縫組織為單相胞狀奧氏體晶和斷續(xù)的骨架狀奧氏體樹枝晶,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,奧氏體樹枝晶逐漸粗化,枝晶間距開始增大,枝晶臂變粗,奧氏體柱狀晶也逐漸變短變粗,同時生長方向也更加無序。另外,XRD檢測發(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%時,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,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,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,對應(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,沖擊吸收功最大,與母材的沖擊吸收功相當(dāng)。綜合評價不同氮含量的焊縫,從焊縫外觀、缺陷水平、顯微組織和力學(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。此時焊縫成型美觀,X射線檢測為I級片：顯微組織為單相奧氏體組織且晶粒細(xì)小生長方向各異；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塑性最好；焊縫區(qū)顯微硬度值相較于其他焊縫處在高水平；沖擊韌性試驗也顯示這兩種焊縫的韌性最好。同時這兩種工藝下焊縫實現(xiàn)了固氮的目的,焊縫中氮含量分別達(dá)到0.48%和0.62%。因此可以認(rèn)為此時的焊接工藝達(dá)到最優(yōu)。
【關(guān)鍵詞】：高氮奧氏體不銹鋼 雙面雙弧TIG焊 氮含量 組織 性能
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG444.74;TP242
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1. 緒論11-21
• 1.1 課題背景及意義11-12
• 1.2 高氮奧氏體不銹鋼的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 國外高氮奧氏體不銹鋼的發(fā)展及近況12-13
• 1.2.2 國內(nèi)高氮奧氏體不銹鋼的發(fā)展及近況13-14
• 1.3 高氮奧氏體不銹鋼焊接研究現(xiàn)狀14-20
• 1.3.1 焊縫固溶氮含量和氣孔性15-19
• 1.3.2 氮化物19
• 1.3.3 焊接裂紋19-20
• 1.4 本課題研究的內(nèi)容20-21
• 2. 高氮奧氏體不銹鋼雙面雙弧TIG焊接工藝方案21-26
• 2.1 雙面雙弧TIG焊接工藝方法分析21-22
• 2.2 試驗材料和試驗設(shè)備22-24
• 2.2.1 試驗材料22-23
• 2.2.2 試驗設(shè)備23-24
• 2.3 研究思路和試驗方案24-26
• 2.3.1 研究思路24-25
• 2.3.2 工藝試驗方案25-26
• 3. 高氮奧氏體不銹鋼雙面雙弧TIG焊接工藝試驗26-35
• 3.1 焊接工藝參數(shù)26
• 3.2 焊接工藝對焊縫外觀的影響26-29
• 3.3 焊接工藝對焊縫中氮含量的影響29-30
• 3.4 焊接工藝對焊縫中氣孔性的影響30-32
• 3.5 焊接工藝對焊接裂紋傾向的影響32-33
• 3.6 本章小結(jié)33-35
• 4. 高氮奧氏體不銹鋼焊縫中氮行為的研究35-52
• 4.1 焊接接頭宏觀形貌35-36
• 4.2 母材的顯微組織36-37
• 4.3 焊縫中的氮含量對焊縫區(qū)顯微組織的影響37-43
• 4.3.1 不同氮含量下的焊縫區(qū)組織形貌37-39
• 4.3.2 焊縫區(qū)組織XRD物相分析39-40
• 4.3.3 焊縫區(qū)EDS分析40-43
• 4.4 焊縫中的氮含量對熔合區(qū)顯微組織的影響43-45
• 4.4.1 不同氮含量下的熔合區(qū)顯微組織分析43-44
• 4.4.2 熔合區(qū)EDS分析44-45
• 4.5 不同氮含量下熱影響區(qū)的顯微組織分析45-47
• 4.6 焊縫中的氮含量對焊縫中鐵素體含量的影響47-48
• 4.7 焊縫金屬的凝固模式分析48-51
• 4.7.1 凝固模式對組織形態(tài)的影響48-50
• 4.7.2 凝固模式對氣孔的影響50-51
• 4.8 本章小結(jié)51-52
• 5. 焊縫中的氮含量對高氮奧氏體不銹鋼焊縫力學(xué)性能的影響52-61
• 5.1 拉伸試驗52-55
• 5.2 硬度試驗55-58
• 5.3 焊縫沖擊試驗58-59
• 5.4 本章小結(jié)59-61
• 6. 結(jié)論61-63
• 致謝63-64
• 參考文獻(xiàn)64-68

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