CN110961788B - 一种增强奥氏体不锈钢激光焊缝抗腐蚀性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种增强奥氏体不锈钢激光焊缝抗腐蚀性能的方法,包括:第一步:将不开坡口的两块待焊板材的垂直端面打磨平整;第二步:准备与待焊板材材质相同的上垫板和下垫板;第三步:将两块待焊板材、上垫板和下垫板的表面、端面的杂质、油污进行清洁,清洁后将上垫板、待焊板材、下垫板从上到下依次放置;第四步:使用激光束沿竖直方向照射两块待焊板材交界位置的上垫板表面,并按照预设的焊接轨迹和焊接速度移动;第五步:焊接完成后,常温下自然冷却,然后沿上垫板的下表面和下垫板的上表面进行切割,将上垫板和下垫板切掉,得到激光焊件。本发明提高了激光焊件焊缝的抗腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及激光焊接技术领域,特别是涉及增强奥氏体不锈钢焊缝抗腐蚀性能的焊接方法。
背景技术
激光焊接是一种应用广泛的先进材料加工技术,在激光焊接奥氏体不锈钢焊缝中,由于有铁素体存在导致焊缝的抗腐蚀性能大大低于母材。在平衡状态下,奥氏体不锈钢的凝固基于铬镍当量比(Creq/Nieq)分为4种模式,依次为(<1.25)A模式,(1.25~1.48)AF模式,(1.48~1.95)FA模式,以及(>1.95)F模式,其中A和AF模式以奥氏体为初晶相凝固,焊缝组织中的铁素体量较少,抗腐蚀性较好。而FA和F模式则以铁素体为初始相凝固,焊缝组织中的铁素体量较多抗腐蚀性下降。工程上常用的300系奥氏体不锈钢的凝固模式对冷却速度敏感,平衡条件下的凝固模式为FA,而在激光加热的快速冷却条件下,焊缝往往呈混合凝固,FA、AF和A凝固模式同时存在,焊缝各局部组织的抗腐蚀性不均匀。
激光束沿传播方向的线能量分布呈逐渐减弱趋势,因此导致焊缝熔池顶部的焊接热量输入大于底部,即焊缝熔池顶部的温度高于底部。对于非穿透激光深熔焊,焊接熔池冷却速度取决于两侧和底部未穿透母材的三维热传导散热速度,与之相邻的熔池局部冷却速度最快。当熔池温度降至初始相凝固温度范围,焊缝顶部周围板材的温度升高、导热率下降,导致顶部的冷却速度低于焊缝底部,因此导致焊缝内各局部区域的冷却速度不同,呈混合凝固模式。以本申请中的非熔透激光焊接304不锈钢为例,焊缝顶部主要以FA模式凝固,铁素体量较多、抗腐蚀性较低,而焊缝中部以主要AF模式凝固、铁素体量较少,焊缝底部则以A模式凝固,只有极少量的铁素体,抗腐蚀性最好。但是焊缝暴露在腐蚀介质的部分通常是耐蚀性较差的焊缝表面,因此,需要开发出一种焊接方法,以提高奥氏体不锈钢激光焊缝的防腐性能。
发明内容
针对现有技术中存在的不足,本发明的目的在于提供一种增强奥氏体不锈钢激光焊缝抗腐蚀性能的方法,提高奥氏体不锈钢对接焊接接头的抗腐性能。
为达到以上目的,本发明采取的技术方案是:
一种增强奥氏体不锈钢激光焊缝抗腐蚀性能的方法,包括如下步骤:
第一步:将不开坡口的两块待焊板材1的垂直端面打磨平整;
第二步:准备与待焊板材1材质相同的上垫板2和下垫板3,上垫板2的板厚为待焊板材的板厚的1/3,下垫板3的板厚为待焊板材的板厚的2/3;
第三步:将两块待焊板材1、上垫板2和下垫板3的表面、端面的杂质、油污进行清洁,清洁后将上垫板2、待焊板材1、下垫板3从上到下依次放置,用上垫板2和下垫板3将两块待焊板材1压紧;
第四步:使用激光束4沿竖直方向照射两块待焊板材的交界位置的上垫板2表面,并按照预设的焊接轨迹和焊接速度移动;
第五步:焊接完成后,常温下自然冷却,然后沿上垫板2的下表面和下垫板3的上表面进行切割,将上垫板2和下垫板3切掉,得到激光焊件。激光焊件的两外表面处激光焊缝的抗腐蚀性能优于常规激光焊缝。
其中,在第一步中,所述待焊板材1的长度(沿纸面方向)为120mm,宽度(垂直纸面方向)为100mm,厚度为2.1mm,材料为304奥氏体不锈钢。
其中,在第二步中,所述上垫板2和下垫板3的长度(垂直纸面方向)均为100mm,宽度(沿纸面方向)均为40mm,上垫板2的厚度为0.7mm,下垫板3的厚度为1.4mm,材料均为304奥氏体不锈钢。
其中,在第四步中,所述激光束由Trudisk 4002盘式固体激光焊接器产生,所述焊接轨迹为直线;激光焊接的功率为3.4kW,离焦量f为-1.7mm,焊接速度为30mm/s;采用氩气作为保护气体,保护气体的流量Q为30L/min。
其中,在第五步中,所述切割采用钼丝线切割,切割后对得到的激光焊件表面进行打磨。
一种增强奥氏体不锈钢激光焊缝抗腐蚀性能的方法,包括如下步骤:
第一步:将不开坡口的两块待焊板材1的垂直端面打磨平整;
第二步:准备与待焊板材1材质相同的下垫板3,下垫板3的板厚为待焊板材的板厚的2/3;
第三步:将两块待焊板材1和下垫板3的表面、端面的杂质、油污进行清洁,清洁后将待焊板材1、下垫板3从上到下依次放置,将两块待焊板材1压紧;
第四步:使用激光束4沿竖直方向照射两块待焊板材的交界位置,并按照预设的焊接轨迹和焊接速度移动;
第五步:焊接完成后,常温下自然冷却,然后沿下垫板3的上表面进行切割,将下垫板3切掉,得到激光焊件。激光焊件下表面的激光焊缝处的抗腐蚀性能优于常规激光焊缝。使用时使激光焊件下表面接触腐蚀介质,可提高抗腐蚀性能。
其中,在第一步中,所述待焊板材1的长度(沿纸面方向)为120mm,宽度(垂直纸面方向)为100mm,厚度为2.1mm,材料为304奥氏体不锈钢。
其中,在第二步中,所述下垫板3的长度(垂直纸面方向)为100mm,宽度(沿纸面方向)为40mm,厚度为1.4mm,材料为304奥氏体不锈钢。
其中,在第四步中,所述激光束由Trudisk 4002盘式固体激光焊接器产生,所述焊接轨迹为直线,激光焊接的功率为3.4kW,离焦量f为-1.7mm,焊接速度为30mm/s,采用氩气作为保护气体,保护气体的流量Q为30L/min。
其中,在第五步中,所述切割采用钼丝线切割,切割后对得到的激光焊件表面进行打磨。
本发明的有益效果:本发明提供了一种增强奥氏体不锈钢激光焊缝抗腐蚀性能的方法,提高了激光焊件焊缝的抗腐蚀性能。
附图说明
本发明有如下附图:
图1为常规的激光焊接前和焊接后的示意图;
图2为本发明的激光焊接方法示意图;
图3a为包含垫片的304奥氏体不锈钢激光焊缝总体金相图;
图3b为上垫片2的激光焊缝微观组织金相图,铁素体含量约为6.7%体积分数;
图3c为激光焊件中部的激光焊缝微观组织金相图,铁素体含量约为3.2%体积分数;
图3d为激光焊件底部和下垫片3的激光焊缝金相图,铁素体含量低于1%体积分数
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1-3所示,本发明所述的一种增强奥氏体不锈钢激光焊缝抗腐蚀性能的方法,包括如下步骤:
第一步:将不开坡口的两块待焊板材1的垂直端面打磨平整;
第二步:准备与待焊板材1材质相同的上垫板2和下垫板3,上垫板2的板厚为待焊板材的板厚的1/3,下垫板3的板厚为待焊板材的板厚的2/3;
第三步:将两块待焊板材1、上垫板2和下垫板3的表面、端面的杂质、油污进行清洁,清洁后将上垫板2、待焊板材1、下垫板3从上到下依次放置,用上垫板2和下垫板3将两块待焊板材1压紧;
第四步:使用激光束4沿竖直方向照射两块待焊板材的交界位置的上垫板2表面,并按照预设的焊接轨迹和焊接速度移动;
第五步:焊接完成后,常温下自然冷却,然后沿上垫板2的下表面和下垫板3的上表面进行切割,将上垫板2和下垫板3切掉,得到激光焊件。激光焊件的两外表面处激光焊缝的抗腐蚀性能优于常规激光焊缝。
其中,在第一步中,所述待焊板材1的长度(沿纸面方向)为120mm,宽度(垂直纸面方向)为100mm,厚度为2.1mm,材料为304奥氏体不锈钢。
其中,在第二步中,所述上垫板2和下垫板3的长度(垂直纸面方向)均为100mm,宽度(沿纸面方向)均为40mm,上垫板2的厚度为0.7mm,下垫板3的厚度为1.4mm,材料均为304奥氏体不锈钢。
其中,在第四步中,所述激光束由Trudisk 4002盘式固体激光焊接器产生。
其中,在第四步中,所述焊接轨迹为直线。
其中,在第四步中,激光焊接的功率为3.4kW,离焦量f为-1.7mm,焊接速度为30mm/s。
其中,在第四步中,采用氩气作为保护气体,保护气体的流量Q为30L/min。
其中,在第五步中,所述切割采用钼丝线切割,切割后对得到的激光焊件表面进行打磨。
本发明通过所述增强奥氏体不锈钢激光焊缝抗腐蚀性能的方法制备了包含两块垫板的304不锈钢激光焊件,其金相图如图2所示;上垫片2的焊缝以FA模式凝固,铁素体量约为6.7%体积分数;激光焊件中部的焊缝以AF模式凝固,铁素体量约为3.2%体积分数;激光焊件底部以A模式凝固,铁素体量低于1%体积分数;若以焊缝底部为接触腐蚀介质的表面,其抗腐蚀性能与母材相当。
当只需要一个表面接触腐蚀介质时,可以采取只在底部放置垫板的方式进行激光焊接。
一种增强奥氏体不锈钢激光焊缝抗腐蚀性能的方法,包括如下步骤:
第一步:将不开坡口的两块待焊板材1的垂直端面打磨平整;
第二步:准备与待焊板材1材质相同的、下垫板3,下垫板3的板厚为待焊板材的板厚的2/3;
第三步:将两块待焊板材1和下垫板3的表面、端面的杂质、油污进行清洁,清洁后将待焊板材1下垫板3从上到下依次放置,将两块待焊板材1压紧;
第四步:使用激光束4沿竖直方向照射两块待焊板材的交界位置,并按照预设的焊接轨迹和焊接速度移动;
第五步:焊接完成后,常温下自然冷却,然后沿下垫板3的上表面进行切割,将下垫板3切掉,得到激光焊件。激光焊件下表面的激光焊缝处的抗腐蚀性能优于常规激光焊缝。使用时使激光焊件下表面接触腐蚀介质,可提高抗腐蚀性能。
其他具体参数同上。
以上所述的仅是本发明的实施案例。对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种增强奥氏体不锈钢激光焊缝抗腐蚀性能的方法,其特征在于,包括如下步骤:
第一步:将不开坡口的两块待焊板材的垂直端面打磨平整;
第二步:准备与待焊板材材质相同的上垫板和下垫板,上垫板的板厚为待焊板材的板厚的1/3,下垫板的板厚为待焊板材的板厚的2/3;
第三步:将两块待焊板材、上垫板和下垫板的表面、端面的杂质、油污进行清洁,清洁后将上垫板、待焊板材、下垫板从上到下依次放置,其中,两块待焊板材以对接的方式放置在下垫板上,用上垫板和下垫板将两块待焊板材压紧;
第四步:使用激光束沿竖直方向照射两块待焊板材交界位置的上垫板表面,并按照预设的焊接轨迹和焊接速度移动;
第五步:焊接完成后,常温下自然冷却,然后沿上垫板的下表面和下垫板的上表面进行切割,将上垫板和下垫板切掉,得到激光焊件。
2.如权利要求1所述的增强奥氏体不锈钢激光焊缝抗腐蚀性能的方法,其特征在于:在第一步中,所述待焊板材的长度为120mm,宽度为100mm,厚度为2.1mm,材料为304奥氏体不锈钢。
3.如权利要求2所述的增强奥氏体不锈钢激光焊缝抗腐蚀性能的方法,其特征在于:在第二步中,所述上垫板和下垫板的长度均为100mm,宽度均为40mm,上垫板的厚度为0.7mm,下垫板的厚度为1.4mm,材料均为304奥氏体不锈钢。
4.如权利要求1所述的增强奥氏体不锈钢激光焊缝抗腐蚀性能的方法,其特征在于:在第四步中,所述激光束由Trudisk 4002盘式固体激光焊接器产生,所述焊接轨迹为直线;激光焊接的功率为3.4kW,离焦量f为-1.7mm,焊接速度为30mm/s;采用氩气作为保护气体,保护气体的流量Q为30L/min。
5.如权利要求1所述的增强奥氏体不锈钢激光焊缝抗腐蚀性能的方法,其特征在于:在第五步中,所述切割采用钼丝线切割,切割后对得到的激光焊件表面进行打磨。
6.一种增强奥氏体不锈钢激光焊缝抗腐蚀性能的方法,其特征在于,包括如下步骤:
第一步:将不开坡口的两块待焊板材的垂直端面打磨平整;
第二步:准备与待焊板材材质相同的下垫板,下垫板的板厚为待焊板材的板厚的2/3;
第三步:将两块待焊板材和下垫板的表面、端面的杂质、油污进行清洁,清洁后将待焊板材、下垫板从上到下依次放置,其中,两块待焊板材以对接的方式放置在下垫板上,将两块待焊板材压紧;
第四步:使用激光束沿竖直方向照射两块待焊板材的交界位置,并按照预设的焊接轨迹和焊接速度移动;
第五步:焊接完成后,常温下自然冷却,然后沿下垫板的上表面进行切割,将下垫板切掉,得到激光焊件。
7.如权利要求6所述的增强奥氏体不锈钢激光焊缝抗腐蚀性能的方法,其特征在于:在第一步中,所述待焊板材的长度为120mm,宽度为100mm,厚度为2.1mm,材料为304奥氏体不锈钢。
8.如权利要求7所述的增强奥氏体不锈钢激光焊缝抗腐蚀性能的方法,其特征在于:在第二步中,所述下垫板的长度为100mm,宽度为40mm,厚度为1.4mm,材料为304奥氏体不锈钢。
9.如权利要求6所述的增强奥氏体不锈钢激光焊缝抗腐蚀性能的方法,其特征在于:在第四步中,所述激光束由Trudisk 4002盘式固体激光焊接器产生,所述焊接轨迹为直线,激光焊接的功率为3.4kW,离焦量f为-1.7mm,焊接速度为30mm/s,采用氩气作为保护气体,保护气体的流量Q为30L/min。
10.如权利要求6所述的增强奥氏体不锈钢激光焊缝抗腐蚀性能的方法,其特征在于:在第五步中,所述切割采用钼丝线切割,切割后对得到的激光焊件表面进行打磨。
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