高氮鋼焊接過(guò)程氮的行為及接頭組織性能.pdf

1、高氮奧氏體不銹鋼(高氮鋼)是一種資源節(jié)約型不銹鋼，主要是利用氮元素來(lái)部分甚至完全代替合金元素鎳以獲得奧氏體組織。利用氮進(jìn)行合金化，高氮鋼具有良好的強(qiáng)韌性和耐蝕性。高氮鋼將主要作為結(jié)構(gòu)材料來(lái)使用，能否廣泛應(yīng)用在一定程度上取決于其焊接接頭的性能。由于高氮的性質(zhì)，高氮鋼焊接過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)氮的損失、氮化物和熱裂紋等問(wèn)題，從而造成接頭性能的下降。因此，高氮鋼焊接技術(shù)的研究具有十分重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本文采用熱模擬、鎢極氬弧焊( GTAW)

2、、熔化極惰性氣體保護(hù)焊(MIG)和激光焊接等方法，對(duì)焊接接頭中氮的行為、組織、性能進(jìn)行了研究。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：
　　 (1)熱模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，熱影響區(qū)組織由奧氏體和少量的δ-鐵索體組成。熱影響區(qū)晶界上存在碳化物Cr23C6，而無(wú)氮化物Cr2N的析出。焊接熱影響區(qū)沒(méi)有出現(xiàn)軟化區(qū)。熱影響區(qū)粗晶區(qū)的沖擊吸收功隨著冷卻速度的增大先上升然后降低。而整個(gè)熱影響區(qū)出現(xiàn)了兩處脆化區(qū)：一處位于峰值溫度1350℃的區(qū)域，由于晶粒的粗大和δ

3、-鐵素體的增多，韌性較低；另一處位于峰值溫度800℃的區(qū)域，碳化物Cr23C6的析出導(dǎo)致韌性急劇下降。
　　 (2)高氮鋼氬弧焊和激光焊接過(guò)程中，在相同焊接熱輸入條件下，隨著保護(hù)氣體中氮含量的增加，高氮鋼焊縫中的氮含量增加。氬弧焊過(guò)程中，保護(hù)氣體中氮含量低于某一臨界值時(shí)，焊縫無(wú)氣孔產(chǎn)生；當(dāng)保護(hù)氣體的氮?dú)獗壤哂诖酥?，保護(hù)氣體的氮含量越高，焊縫中產(chǎn)生氣孔的傾向越大。而對(duì)于高氮鋼激光焊接的氣孔性，熱輸入較小的條件下焊縫易產(chǎn)生氣孔，較

4、大的熱輸入將抑制焊縫中氣孔的產(chǎn)生，而且保護(hù)氣體中氮含量越高，焊縫中產(chǎn)生氣孔的傾向越小。
　　 (3)激光焊接焊縫組織為奧氏體和少量的δ-鐵素體。隨焊接熱輸入的增大，δ-鐵素體的尺寸顯著增大，而保護(hù)氣體組成的變化對(duì)δ-鐵素體的形態(tài)并無(wú)太大的影響。高氮鋼激光焊接接頭沒(méi)有出現(xiàn)軟化區(qū)，焊縫區(qū)的平均硬度隨著熱輸入的降低而升高，隨著保護(hù)氣體中氮?dú)獗壤龃蠖黾印ｋS著熱輸入的減小，焊縫韌性上升，而保護(hù)氣體的組成對(duì)焊縫沖擊吸收功的影響不大。

5、r>　　 (4)經(jīng)分析，適用于高氮鋼1Cr22Mn16N焊接的焊絲為Cr-Mn-Ni-N合金系。利用自制的不銹鋼焊絲，對(duì)高氮鋼進(jìn)行了GTAW和MIG焊。焊接接頭組織為奧氏體和少量的δ-鐵素體。GTAW焊接過(guò)程中，保護(hù)氣體中加入一定量的N2，焊縫區(qū)的強(qiáng)度明顯提高。MIG焊接接頭的強(qiáng)度與母材相當(dāng)。低溫沖擊結(jié)果表明，高氮鋼鎢極氬弧焊焊接接頭具有良好的韌性，采用單道焊的MIG焊焊接接頭也具有較好的韌性，但采用多道焊的MIG焊焊接接頭，由于熱影