低合金鋼表面耐蝕層堆焊工藝及堆焊層組織性能研究.pdf

1、奧氏體不銹鋼因其良好的耐腐蝕和抗高溫性能，廣泛應(yīng)用于高溫鍋爐零件和耐熱管道的制造。由于使用奧氏體不銹鋼制造機(jī)械零部件成本較高，常采用在低合金鋼上堆焊一層奧氏體不銹鋼的方法，來替代整體使用奧氏體不銹鋼材料，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于能源、化工、石油等領(lǐng)域。但由于兩種材料的性能差異較大，易在材料結(jié)合處產(chǎn)生裂紋甚至氣孔等缺陷，嚴(yán)重影響工件性能及其壽命。
　　結(jié)合企業(yè)的科研攻關(guān)項(xiàng)目和生產(chǎn)效率的實(shí)際需求，本文采用不同過渡層厚度的實(shí)驗(yàn)方案，通過熔化極活

2、性氣體保護(hù)焊(MAG)，在低合金鋼Q345上堆焊奧氏體不銹鋼，其過渡層和耐蝕層材料分別為ER309L和ER347L不銹鋼焊絲。通過對堆焊層試樣進(jìn)行彎曲、剪切、顯微硬度、金相組織、斷口掃描、熔鹽腐蝕和腐蝕產(chǎn)物的試驗(yàn)分析，綜合評價兩種材料堆焊層的力學(xué)性能及耐蝕性能。結(jié)果表明：無過渡層試樣，有裂紋或微小裂紋產(chǎn)生，有過渡層試樣沒有裂紋及開裂現(xiàn)象，可見過渡層設(shè)計提高了堆焊層的性能；剪切試驗(yàn)顯示過渡層與母材的剪切強(qiáng)度低于耐蝕層與母材的剪切強(qiáng)度；剪切

3、斷口均顯示以韌窩狀為主的韌性斷裂形貌，并且有過渡層試樣韌窩形狀大而深，表明該試樣塑韌性較好；試樣的顯微硬度值變化趨勢相同，堆焊層硬度值最小(約為125HV)，母材硬度值最大，熔合區(qū)硬度值也較大(約為190HV)，這主要是熔合區(qū)存在碳遷移所致；金相實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)堆焊層組織主要以鐵素體和奧氏體為主，還存在微量Cr的碳化物脆性相，其中鐵素體大多呈條狀和塊狀分布，能夠顯著提高堆焊層的塑韌性；熔鹽腐蝕后的掃描電鏡圖片顯示無過渡層試樣的熱腐蝕現(xiàn)象比較嚴(yán)重

4、，熔合線附近裂紋明顯，腐蝕層較為疏松，組織很不均勻，有過渡層試樣熱腐蝕程度較小；腐蝕產(chǎn)物的X射線結(jié)果表明有過渡層試樣的抗腐蝕Cr2O3氧化膜完整，能有效防止腐蝕的進(jìn)一步加深；所以，有過渡層的試樣堆焊層與母材的連接性及耐蝕性較好，但過渡層的厚度影響較小。
　　采用有限元軟件MSC.Marc進(jìn)行數(shù)值模擬，通過利用Marc單元和熱-結(jié)構(gòu)耦合功能分析進(jìn)行焊接過程仿真，給出沿焊縫不同方向的三維殘余應(yīng)力分布曲線，對比不同過渡層厚度殘余應(yīng)力及應(yīng)