高氮奥氏体不锈钢的焊接性及其绞股焊丝GMAW的工艺研究

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高氮奥氏体不锈钢是一种高强度、高塑性和有优秀的抗腐蚀性能的不锈钢,然而,高氮奥氏体不锈钢在焊接过程中容易发生氮逸出,形成氮气孔和氮化物等缺陷,降低高氮不锈钢焊接接头的力学性能和抗腐蚀性能,严重限制高氮不锈钢的广泛使用。为了提高焊接接头的力学性能和抗腐蚀性能,采用绞股焊丝熔化极气体保护焊(GMAW)对高氮奥氏体不锈钢进行焊接。本文围绕高氮奥氏体不锈钢焊接性和绞股焊丝GMAW进行研究,为工业应用提供了理论基础。本研究主要工作和结论如下:研究了高氮奥氏体不锈钢焊接性特点和不同焊接热循环下热影响区的强化机制演变。结果表明,高的氮含量能够抑制钢中(?)铁素体和M23C6的形成,提高了热影响区的强度、塑性和抗腐蚀性能;热影响区的强度随着冷却速率的增大而增大,而过低和过高的冷却速率都会降低热影响区的塑性;峰值温度的增大降低了热影响区的塑性,提高了强度,但是在1250℃时,发生软化。研究了填充材料与接头性能的相关性。采用绞股焊丝GMAW和传统实芯焊丝对高氮不锈钢进行焊接,从焊接电弧行为、微观组织和力学性能方面对比研究,发现焊接过程中熔池发生旋转,减少了焊接缺陷,细化了焊缝的晶粒,与传统实芯单丝相比,屈服强度和抗拉强度分别提高了46.5%和42.3%;而传统实芯单丝ER307Si焊接后焊缝沿δ铁素体形成了脆性区,降低了焊接接头的力学性能。在绞股焊丝单丝GMAW的基础上,探索了高氮奥氏体不锈钢绞股焊丝的双丝焊接对焊接接头微观组织和力学性能的影响机制,发现双丝焊接过程极大地提高了焊接效率,但是由于高的热输入导致屈服强度和抗拉强度降低。研究了不同焊接热循环下焊接接头微观组织和抗腐蚀性能的作用机理。通过对焊接接头的抗腐蚀性能进行测试,结果表明,高的热输入和低的冷却速率提高了焊缝的抗腐蚀性能,降低了热影响区的抗腐蚀性能,与传统实芯单丝ER307Si相比,绞股焊丝TP-N1670焊接后有较低的抗腐蚀性能。研究了焊丝化学成分对高氮不锈钢焊接接头抗腐蚀性能的影响机理,发现焊丝中的Cr、Ni比例增大和Mn、Mo比例降低都能提高焊接接头的抗腐蚀性能,而且通过提高Cr、Ni比例和降低Mn的比例效果最好。
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