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哈工大顶刊丨交变磁场辅助316不锈钢激光-MIG复合焊接的组织不均匀性和力学性能研究

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文章摘要



正文
本文采用交变磁场改善了316不锈钢激光-MIG复合焊接接头组织的不均匀性和力学性能,可为交变磁场辅助激光增材制造研究提供参考。在交变磁场作用下,由于熔融金属在焊缝中的混合作用,焊缝上电弧区和下激光区元素和铁素体相的分布更加均匀,奥氏体的晶体特征也更加明显。磁场的搅拌作用使熔池凝固时间延长,奥氏体晶粒形核位点增多,导致铁素体含量降低,奥氏体晶粒细化。由于组织的均匀性,磁场作用下垂直焊缝的硬度更加均匀,两个区域的抗拉强度差从74 MPa减小到10 MPa。相关论文以题为“Improvement of inhomogeneity of microstructure and mechanical properties for 316 stainless steel laser-MIG hybrid welded joint assisted by alternating magnetic field”发表在Science and Technology of Welding and Joining期刊上。   
           

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表1 316不锈钢和ER316L的化学成分(质量百分比)          

         

图1 (a) 交变磁场辅助激光-MIG复合焊接系统;(b) 本实验中使用的磁通量线分布

图2 拉伸试样的(a) 位置和(b)(c) 尺寸

图3 不同磁感应强度下复合焊接接头的截面形貌:(a) B = 0 mT;(b) B = 30 mT;(c) B = 60 mT;(d) B = 90 mT

图4 (a) 熔合区的奥氏体和铁素体;(b) Cr,Ni元素的相应分布

图5 不同磁通量密度下两区铁素体相中Cr和Ni元素的质量百分比:(a) Cr元素;(b) Ni元素

图6 不同磁通量密度下两区铁素体的相图和散点分布

图7 在有交变磁场和无交变磁场的情况下,两区晶粒直径的反极图(IPF)和统计分布

图8 有无交变磁场作用下两区晶粒的取向差图和取向差角度的统计分布

图9 不同磁感应强度下垂直焊缝的显微硬度分布:(a) B = 0 mT;(b) b = 60 mT

图10 (a) 垂直焊缝电弧区和激光区的平均硬度值;(b) 有磁场和无磁场垂直焊缝的硬度方差

图11 不同磁通密度下两区的工程应力-应变曲线:(a) B = 0 mT;(b) B = 60 mT

图12 不同磁通量密度下电弧区的典型拉伸断裂形貌:(a-c) B = 0 mT;(d-f) B = 60 mT

全文结论

(1) 交变磁场增强了穿透平板的能力,使截面焊缝的“杯状”逐渐变为“漏斗状”,使熔融金属在整个焊缝中的混合更加均匀。

(2) 交变磁场改善了两区的组织不均匀性。当B = 60 mT时,铁素体相中Cr和Ni元素的分布更为均匀,铁素体相和奥氏体基体晶粒尺寸的差异分别减小到0.2%和11.9 μm。这主要是交变磁场作用下熔融金属在整个焊缝中的均匀混合所致。

(3) 外加交变磁场后,整个焊缝中铁素体含量降低,铁素体相分布多样化,奥氏体晶粒大取向角差分数增加。交变磁场对熔池的搅拌作用延长了熔池的存在时间,增加了奥氏体基体晶粒的成核位点。

(4) 在交变磁场作用下,垂直焊缝的硬度更加平衡,两区的拉伸性能均得到改善和均匀化。当B = 60 mT时,两区平均硬度差仅为0.98 HV,总硬度方差最小(35.25 HV2),抗拉强度差最小仅为10 MPa。            
     

来源:增材制造硕博联盟
MechanicalMAGNET断裂化学航空航天增材焊接
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首次发布时间:2024-04-06
最近编辑:7月前
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