不銹鋼雙鍍層低碳鋼激光焊接裂紋形成機理

1、不銹鋼雙鍍層低碳鋼激光焊接裂紋形成機理摘要: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，用光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡鏡和能譜儀觀察并分析焊點內(nèi)裂紋形貌和裂紋附近元素分布。結果表明：鍍層內(nèi)的銅在激光的熱作用下擴散到焊點內(nèi)，快速冷卻后在晶界富集，在焊接應力的作用下產(chǎn)生裂紋。關鍵詞：激光焊接；鍍層；裂紋；機理引言300系列奧氏體不銹鋼具較高的耐腐蝕性、強度和韌性，廣泛運用于電

2、子儀器、精細器械、微電子等領域。激光脈沖焊接作為一種高質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，同時也能滿足電子器件高精密的要求。300系列不銹鋼價格較高，若將其和碳鋼進行焊接形成復合結構，既可以利用不銹鋼的優(yōu)良特性，同時又可以降低成本。在低碳鋼表面進行電鍍，利用雙鍍層結構達到鍍層和低碳鋼緊密結合的目的，同時又能保證表面具有一定的耐磨性、耐腐蝕性。近年來，國內(nèi)外許多學者對不銹鋼和碳鋼的激光焊接進行了深入的研究。Ab

3、delMonem和ElBatahgy研究了激光功率、焊接速度、離焦量和保護氣類型對激光焊接鍍鋅低碳鋼不銹鋼的焊點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，認為激光功率影響激光焊接模式由熱導焊向深熔焊過渡，這一轉變影響到下層板中熔化區(qū)尺寸，進而決定了不銹鋼低碳鋼異種焊接接頭的機械性能；M.Nekoukie等人研究低碳鋼不銹鋼激光焊接時發(fā)現(xiàn)，當激光束能量超過一定值時，熔池內(nèi)金屬混合均勻，

4、通過改變激光束焦點位置可以控制焊接接頭的機械性能。近年來針對于影響熔合區(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行搭接焊。研究了鍍層對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內(nèi)裂紋的形成機理。1試驗材料和試驗方法1.1試驗材料試驗母材為SUS301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。母材及鍍層的化學成分如表1、2所示。表1不銹鋼和碳鋼的化學成分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比為了研究鍍層對焊點的影響，對比雙鍍層低碳鋼不銹鋼焊點和無鍍層低碳鋼不銹鋼焊點的顯微硬度值的變化，如圖2所示。鍍層對于焊點的硬度值有明顯影響，雙鍍層低碳鋼不銹鋼的焊點的硬度明顯低于無鍍層低碳鋼不銹鋼的焊點的硬度。這可能是由于從鍍層中擴散到焊點中的Cu的含量較高，Cu在晶界大量富集，導致焊點的硬度降低。在雙鍍層低碳鋼不銹鋼焊點的熱影響區(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對焊點的化學成分的影響，采用掃描電鏡觀察不銹鋼一側的焊點，如圖所示，焊點內(nèi)不同區(qū)域處的Cu含量不同，晶粒內(nèi)的Cu含量遠小于晶界Cu的含量。相比于Cu，Ni在晶界處的含量不高，可能有兩個原因，一是因為雙鍍層低碳鋼和不銹鋼進行異種焊接時，Ni的擴散能力不如Cu，二是因為Cu和Ni在αFe中的固溶度不同，由于Cu在αFe中的固溶度較小，導致晶界處的Cu含量遠高于Ni。元素成分（wt％）Ni4.1