Studie zum Laserschweißen von Edelstahlblech 304 Deutschland

Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb sind einer der wichtigsten technischen Wege für die Entwicklung neuer Energiefahrzeuge in China. Wegen Aufgrund ihrer Vorteile wie starke Ausdauer, geringe Geräuschentwicklung und Nullemissionen gelten sie als das Nonplusultra Richtung für die Entwicklung neuer Energiefahrzeuge.Brennstoffzellen sind die Hauptantriebsquelle von Fahrzeugen mit Wasserstoffantrieb und ein Schlüsselfaktor, der die Leistung des Fahrzeugs beeinflusst. Die Bipolarplatte ist einer der Hauptbestandteile des Kraftstoffs Zelle.Edelstahl eignet sich aufgrund seiner hervorragenden Prägung für die Massenproduktion von Brennstoffzellen-Bipolarplatten Leistung,hohe elektrische Leitfähigkeit, niedriger Preis, vielfältige Herstellungsverfahren und gute mechanische Eigenschaften.

Die Schweißen Die Herstellung von Edelstahlblechen ist ein Schlüsselprozess im Herstellungsprozess von Bipolarplatten für Brennstoffzellen.Beim Lichtbogenschweißen ist der Wärmeeintrag relativ groß, was leicht zu großen Schweißnähten führen kann Verformungen, die dem Schweißen von Edelstahlblechen nicht förderlich sind.In diesem Artikel wird ein Faserlaser zum Leiten verwendet Die Schweißforschung an 1 mm dicken 304-Edelstahlblechen untersucht die Auswirkungen verschiedener Prozessparameter auf Schweißnahtbildung und Schweißfehler und analysiert die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften von Verbindungen unterschiedliche Spezifikationen, z Laserschweißen aus Edelstahl 304. Bieten Sie Anleitungen zur praktischen Technik Anwendungen dünner Platten.

1 Testmaterialien und -methoden

Das Testmaterial ist ein 1 mm dickes kaltgewalztes Edelstahlblech 304, dessen chemische Zusammensetzung in Tabelle 1 aufgeführt ist.Abbildung 1 zeigt die Grundmetallstruktur von rostfreiem Stahl, der hauptsächlich aus Austenit besteht. Es gibt ein offensichtliches Rollen Richtung, und zwischen den Austenitschichten verbleibt ein kleiner Teil der Ferritstruktur.

Tab.1ChemicalZusammensetzungvon 304stainlessStahl, schwarz(Gew%)

               Fig.1 Mikrostrukturvon 304stainlessStahl, schwarzBasemet al

Die Schweißausrüstung ist YLS-10000 Faserlaser.Die maximale Ausgangsleistung des Lasers beträgt 10 kW,Die Brennweite beträgt 300 mm, die Ausgangswellenlänge beträgt 1070 nm und der Spotdurchmesser im Fokus beträgt 0.72 mm.Verwenden Sie unterschiedliche Laserleistung P, Schweißgeschwindigkeit v und Strahldefokusbetrag D, um die Platte zu schweißen und zu analysieren

den Einfluss verschiedener Prozessparameter auf die Umformung. Zum Schutz während des Schweißvorgangs wurde Argongas verwendet.und die Gasdurchflussrate betrug 15 l/min.Nach dem Schweißen wurde Drahtschneiden zur Probenahme eingesetzt. Nach dem Schleifen und PolierenZur Korrosion wurde das Reagenz FeCl3 verwendet. Zur Beobachtung der makroskopischen Morphologie wurde ein Stereomikroskop verwendet des Schweißnahtabschnitts, und ein metallografisches Mikroskop wurde verwendet, um die Mikrostruktur der Schweißnaht zu beobachten.

Die Proben wurden gerüttelt und poliert, und die Kornorientierung und -größe wurde mit analysiert ein Elektronenrückstreudiffraktometer (EBSD). Die Schweißverbindungen wurden mit einem Zwick-Z100 gedehnt Zugprüfmaschine bei Raumtemperatur, und die Verbindungsdehnungsgeschwindigkeit betrug 0.5 mm/min.

2 Testergebnisse und Analyse

2.1 Der Einfluss verschiedener Prozessparameter auf die Schweißnahtbildung

Abbildung 2 zeigt den Einfluss der Schweißgeschwindigkeit auf die Schweißnahtbildung. Die Laserleistung beträgt immer 100 W und die Die Strahldefokussierung beträgt 0 mm. Es ist ersichtlich, dass bei einer Schweißgeschwindigkeit von 5 m/min die Platte vollständig gespalten ist unter Einwirkung des Lasers; Wenn die Schweißgeschwindigkeit auf 8 m/min ansteigt, ist die Schweißung diskontinuierlich und An manchen Stellen sind vollständig durchdringende Löcher vorhanden. Wenn die Schweißgeschwindigkeit weiter auf 10 m/min erhöht wird,Die Oberfläche und die Rückseite der Schweißnaht sind gleichmäßig und durchgehend, und es kommt zu keinem Durchbrennen.Zu diesem Zeitpunkt ist die Gesamtform der Schweißnaht besser, es gibt jedoch eine leichte Hinterschneidung auf der Rückseite;Wenn die Geschwindigkeit 12 m/min erreicht, ist die Eindringtiefe auf der Rückseite der Schweißnaht unzureichend.

Fig.2SchweißenAusbildungfürandersSchweißenGeschwindigkeiten

(P= 100W,D=0mm)

Es ist ersichtlich, dass die Schweißgeschwindigkeit einen erheblichen Einfluss auf die Umformung hat. Bei niedrigen Schweißgeschwindigkeitendie lineare Energie des Strahls ist hoch, das Metall im Schmelzbad verdampft stark,und die erzeugte Dampfreaktionskraft ist stark. Allerdings ist die Tiefe des Schmelzbades gering.Unter der Einwirkung von Hochgeschwindigkeitsmetalldampf kann das flüssige geschmolzene Poolmetall leicht herausströmen von der Rückseite des tiefen geschmolzenen Lochs und entweichen aus dem geschmolzenen Pool in Form von Spritzern,oder sogar die gesamte Metallschmelze wird vollständig vom Boden ausgeschleudert. Führt zum Bruch des Boards.Mit zunehmender Schweißgeschwindigkeit nimmt die lineare Energie ab und die erzeugte Verdampfungsreaktionskraft im geschmolzenen Poolmetall nimmt ab und die Auswirkung auf das geschmolzene Poolmetall nimmt ab; außerdemder Ablenkwinkel der im geschmolzenen Metallbad erzeugten Metallfahne wird größer,und die Verdampfungsreaktionskraft wirkt vom Boden des Schmelzbads nach hinten des Schmelzbades, was zur Verbesserung der Schweißnahtbildung beiträgt.

Abbildung 3 zeigt die Schweißnahtbildung bei unterschiedlichen Laserleistungen. Der Laserschweißen Geschwindigkeit ist 10 m/min und die Strahldefokussierung beträgt 0 mm. Es ist zu erkennen, dass die Laserleistung zunimmt von 5 W bis 1000 W wird eine vollständige Durchdringung der 1 mm starken Edelstahlplatte erreicht,Allerdings haben unterschiedliche Laserleistungen einen größeren Einfluss auf die Umformung.Bei einer Laserleistung von 5 W ist die Schweißnahtbreite relativ schmal, es gibt viele Durchbrennlöcher in der Schweißnaht,und auf der Rückseite befinden sich viele kleine Spritzerpartikel.Wenn die Leistung auf 50 W erhöht wird, verringert sich die Breite der Schweißnaht nimmt zu und der Durchbrandgrad nimmt ab.Wenn die Leistung auf 100 W erhöht wird,Die Schweißnaht weist keine Durchbrennfehler mehr auf und die beidseitige Ausbildung der Schweißnaht ist besser zu diesem Zeitpunkt.

Wenn die Laserleistung 500 W beträgt, ist die Schweißnahtform insgesamt gut, jedoch nur in geringem Maße Es entstehen Durchbrennlöcher.Wenn die Leistung auf 1000 W erhöht wird, nimmt die Breite der Schweißnaht weiter zu,Aber auch die Anzahl der Löcher, die durch Durchbrennen der Schweißnaht entstehen, nimmt deutlich zu Strahldefokus ist 0 mm, wenn die Laserleistung klein oder groß ist, die Empfindlichkeit der Schweißnaht gegenüber Durchbrennen ist besser.Nur eine mäßige Laserleistung kann eine gute Schweißnahtbildung gewährleisten. Dies liegt daran, dass die Laserleistung niedrig ist, ist das Volumen des Schmelzbades sehr klein und es ist nur eine geringe Reaktionskraft der Metallverdampfung erforderlich damit das Schweißgut von unten herausschleudert und an den entsprechenden Stellen Durchbrennlöcher entstehen.Bei hoher Laserleistung ist die Reaktionskraft der Metallverdampfung größer, was leicht zum Durchbrennen führen kann der Schweißnaht.

          Fig.3 SchweißenAusbildungatandersSchweißpowers

(v= 10m / min,D=0mm)

Abbildung 4 zeigt den Einfluss der Strahldefokussierung auf die Schweißnahtbildung. Die Ergebnisse, wenn die Strahldefokussierung 0 mm beträgt sind in den Abbildungen 2 und 3 dargestellt. Hier zeigen wir hauptsächlich die Ergebnisse, wenn die Strahldefokussierung 10 und - 10 mm beträgt.Wie in Abbildung 4(a) und (b) gezeigt, wenn die Defokussierung des Strahls 10 mm und die Schweißgeschwindigkeit XNUMX mm beträgt 10 m/min, selbst wenn die Laserleistung von 100 W auf 3000 W erhöht wird, kann die Rückseite der Platte nicht durchgeschweißt werden.Je nachdem, ob beim Laserschweißen tiefe Eindringlöcher entstehen, wird das Laserschweißen unterteilt in zwei Modi: Wärmeleitungsschweißen und Tiefschweißen.Zwischen den beiden Modi gibt es eine Schwelle. Jenseits dieser Schwelle wird sich das Laserschweißen wandeln vom Wärmeleitungsschweißen bis zum Tiefschweißen. Im Allgemeinen wird dieser Schwellenwert als Verhältnis von beschrieben Laserleistung zu Punktdurchmesser oder Laserleistung zu Punktfläche. Daher gilt: Je stärker die Defokussierung zunimmt, desto größer ist das Verhältnis zwischen Laserleistung und Punktdurchmesser.der Strahlfleck wird größer. Bei gleicher Laserleistung und SchweißgeschwindigkeitlAser-Schweißenwird sich ändern von Vom Tiefschweißen zum Wärmeleitungsschweißen wird die Eindringtiefe entsprechend verringert.

(A)P= 100W,v= 10m / min,D=10mm,(B)P= 3000W,v= 10m / min,

D= 10mm,(C)P= 100W,v=6m / min,D= 10mm,(D)P= 3000W,

v=6m / min,D= 10mm,(E)P= 100W,v=6m / min,D=-10mm,

(F)P= 3000W,v=6m / min,D=-10mm

      Fig.4 SchweißenAusbildungworandersDefokussierungBeträge

Wenn daher der Defokusbetrag 10 mm beträgt, ist der Schweißmodus Wärmeleitungsschweißen. Zu diesem Zeitpunkt,Die Schweißnahtbreite ist groß und die Tiefe gering. Die Laserenergie wird auf das konzentriert Oberfläche des Schmelzbades und die Eindringfähigkeit ist begrenzt.Daher kann es nicht zu einer Durchdringung der Platte kommen bei höheren Schweißgeschwindigkeiten und in einem größeren Leistungsbereich erreicht. Wenn die Schweißgeschwindigkeit auf 6 m/min sinkt,Durch die Erhöhung des Wärmeeintrags wird die Schweißnaht vollständig durchdrungen, die Schweißnahtbreite wird größer und die Vorder- und Rückseite wird größer Der Rücken ist besser geformt, wie in Abbildung 4 (c) und (d) dargestellt. Wenn der Defokusbetrag - 10 mm beträgt und die Schweißgeschwindigkeit beträgt 6 m/min ist auch die Schweißnahtausbildung gut, wie in Abbildung 4 (e) und (f) dargestellt.

2.2Aufbau von Schweißverbindungen

Abbildung 5 zeigt die Morphologie des Gelenks bei unterschiedlichen Strahldefokussierungen. Das ist unten zu sehen Durch die unterschiedlichen Prozesse entstehen keine Risse, Poren und andere Defekte in den Fugen. Allerdings, wenn die Defokussierung Bei einem Wert von 0 mm kommt es aufgrund der starken Verdunstung zu Hinterschneidungsfehlern auf der Rückseite der Schweißnaht

des Schweißgutes zu diesem Zeitpunkt ist die Störung im Schmelzbad groß und die Verbindungsschmelzlinie ist auf der linken und rechten Seite nicht symmetrisch. Wenn der Defokusbetrag 10 oder - 10 mm beträgt, sind beide Vorder- und Rückseite der Schweißnaht weisen eine konvexe Form auf und die Schmelzbreite nimmt zu.

Fig.5NormschliffMorphologienfürandersDefokussierungBeträge

Abbildung 6 zeigt die Mikrostruktur des Schweißgutes. Abbildung 6(a) zeigt die Struktur der Schweißnaht nahe der Mitte.Abbildung 6(b) zeigt die Struktur der Schweißnaht nahe der Wärmeeinflusszone.Es ist ersichtlich, dass die Die Schweißstruktur zeigt ein deutliches säulenförmiges Kristallwachstum vom Rand zur Mitte und die Körner im 

Die Wärmeeinflusszone der Schweißnaht wächst nicht wesentlich.

Fig.6 Mikrostrukturaus verschiedenen Teilenofdas Gelenk

Die Abkühlgeschwindigkeiten verschiedener Teile der Schweißnaht und die unterschiedliche Zusammensetzung der Schweißnaht führen dazu, dass das Ferrit abkühlt Nehmen Sie unterschiedliche Formen an, darunter eine große Menge skelettartiges Ferrit und eine kleine Menge lattenartiges Ferrit.Um die gemeinsame Kornwachstumsorientierung und Korngrößenverteilung weiter zu beobachten, zeigt Abbildung 7 den EBSD Analyse des Gelenks. Es ist zu erkennen, dass das Grundmetall aus gleichachsigen Körnern mit einer Korngröße besteht von 10 bis 30 μm. Die Schweißnahtstruktur folgt hauptsächlich der <100>-Richtung und weist ein säulenförmiges Wachstum in entgegengesetzter Richtung auf zur Richtung des Wärmeflusses. Die meisten Korngrößen im Schweißbereich sind klein und weisen eine durchschnittliche Korngröße auf Die Größe der säulenförmigen Körner beträgt weniger als 100 μm, die restlichen säulenförmigen Körner sind größer und liegen zwischen 100 und 400 μm.

Fig.7 EBSDAnalyseofdankstruktur

2.3 Mechanische Eigenschaften von Verbindungen

Die Abbildungen 8 und 9 zeigen die Zugfestigkeit und die Bruchposition des Gelenks bei unterschiedlichen Defokussierungswerten.Es kann festgestellt werden, dass bei einem Defokussierungsbetrag von 0 mm die Bruchstelle des Gelenks die Verbindung dazwischen darstellt die Schweißnaht und das Grundmetall, da sich zu diesem Zeitpunkt auf der Rückseite der Verbindung ein Hinterschnitt befindet, der leicht zu Spannungen führt Konzentration und Bruch. Wenn der Defokussierungsbetrag 10 und - 10 mm beträgt, sind alle Verbindungen im Grundmetall gebrochen weit weg von der Schweißnaht. Zu diesem Zeitpunkt sind sowohl die Zugfestigkeit als auch die Dehnung der Verbindungen hoch.

Fig.8 ZugStärkehdes Gelenks darunterandersDefokussierungBeträge

Fig.9 Fracturefür einige Positionendes Beitrittst unterandersDefokussierungBeträge

3 Schlussfolgerung

1. Schweißgeschwindigkeit, Laserleistung und Strahldefokussierung haben alle einen erheblichen Einfluss auf die Schweißnahtbildung von 1 mm rubens304 rostfreiStahlbleche. Mit zunehmender Schweißgeschwindigkeit von klein nach groß kommt es zur Schweißnahtbildung Änderungenaus völlig getrennten, wohlgeformten,zu unvollständigem Schweißen; Wenn die Laserleistung zu klein oder zu groß ist,die Empfindlichkeit der Schweißnahtdurchdringung wird größer sein;Bei einer Laserleistung von 100 W beträgt die Defokussierung 0 mm.und die Schweißgeschwindigkeit 10 m/min beträgt, wird die Schweißnaht besser geformtim Ausmaß der Defokussierung ist förderlichzur Verbesserung der Schweißnahtausbildung, wodurch die Schweißnahtbreite zunimmt,verringert die Empfindlichkeit erheblichder Perforation und erweitert den Bereich der Schweißparameter.
2. Die Querschnittsform der Verbindung mit einem Defokusbetrag von 10 und - 10 mm ist gut und weist keine Mängel auf;Der Erstarrungsmodus des Schweißguts ist die FA-Erstarrung, die aus Austenit γ an bestehtd unvollständig umgewandeltes δ-Ferrit.Ferrit weist verschiedene Formen auf, darunter auch einen großen Anteil an Skelettferrit und eine kleine Menge lattenartiges Ferrit;Hauptsächlich die Schweißstrukturwächst säulenförmig entlang der<100>Richtung.Die meisten Korngrößen im Schweißbereich sind klein,und die durchschnittliche Korngröße beträgt weniger als 100 μm.Der Rest säulenförmig Die Kristalle sind größer und liegen zwischen 100 und 400 μm.
3. Wenn der Defokussierungsbetrag 10 bis 10 mm beträgt, weist die Verbindung eine hohe Zugfestigkeit und Dehnung sowie eine Bruchstelle auf is im Grundmaterial. Wenn der Defokusbetrag jedoch 0 mm beträgt, nimmt die Leistung des Gelenks ab und es kommt zum Bruch Positionschließenzur Schweißnaht.