Estudio sobre soldadura láser de chapa de acero inoxidable 304

Los vehículos de combustible de hidrógeno son una de las principales vías técnicas para el desarrollo de vehículos de nueva energía en China. Debido a Sus ventajas, como gran resistencia, bajo nivel de ruido y cero emisiones, se consideran lo último dirección para el desarrollo de vehículos de nueva energía.Las pilas de combustible son la principal fuente de energía de los vehículos que funcionan con hidrógeno. y un factor clave que afecta el rendimiento del vehículo. La placa bipolar es uno de los principales componentes del combustible. célula.El acero inoxidable es adecuado para la producción en masa a gran escala de placas bipolares de pilas de combustible debido a su excelente estampado. rendimiento,alta conductividad eléctrica, bajo precio, diversos métodos de fabricación y buenas propiedades mecánicas.

El sistema soldadura La fabricación de láminas de acero inoxidable es un proceso clave en el proceso de fabricación de placas bipolares de pilas de combustible.Cuando se utiliza soldadura por arco para soldar, la entrada de calor es relativamente grande, lo que fácilmente puede causar grandes soldaduras. deformaciones, lo que no favorece la soldadura de láminas de acero inoxidable.Este artículo utiliza láser de fibra para realizar investigación de soldadura en láminas de acero inoxidable 1 de 304 mm de espesor, explora los efectos de diferentes parámetros del proceso en formación de soldadura y defectos de soldadura, y analiza la microestructura y propiedades mecánicas de las juntas bajo diferentes especificaciones, para soldadura por láser de acero inoxidable 304. Proporcionar orientación sobre ingeniería práctica. Aplicaciones de placas delgadas.

1 Materiales y métodos de prueba

El material de prueba es una lámina de acero inoxidable 1 laminada en frío de 304 mm de espesor y su composición química se muestra en la Tabla 1.La Figura 1 muestra la estructura metálica base del acero inoxidable, que es principalmente austenita. Hay un balanceo obvio. dirección, y una pequeña cantidad de estructura de ferrita permanece entre las capas de austenita.

Pestaña 1Químicacomposiciónde 304inoxidableacero(peso%)

               Fig.1 Microestructurade 304inoxidableacerobasesmet al

El equipo de soldadura es YLS-10000 láser de fibraLa potencia máxima de salida del láser es de 10 kW,la distancia focal es de 300 mm, la longitud de onda de salida es de 1070 nm y el diámetro del punto en el foco es de 0.72 mm.Utilice diferente potencia del láser P, velocidad de soldadura v y cantidad de desenfoque del haz D para soldar la placa y analizar

el impacto de diferentes parámetros del proceso en el conformado. Se utilizó gas argón como protección durante el proceso de soldadura.y el caudal de gas fue de 15 L/min.Después de la soldadura, se utilizó corte de alambre para el muestreo. Después de moler y pulir,Para la corrosión se utilizó reactivo FeCl3. Se utilizó un microscopio estereoscópico para observar la morfología macroscópica. de la sección de soldadura y se utilizó un microscopio metalográfico para observar la microestructura de la soldadura.

Las muestras fueron vibradas y pulidas, y la orientación y el tamaño del grano se analizaron utilizando un difractómetro de retrodispersión de electrones (EBSD). Las uniones soldadas se estiraron utilizando un Zwick-Z100. máquina de prueba de tracción a temperatura ambiente, y la velocidad de estiramiento de la junta fue de 0.5 mm/min.

2 Resultados de la prueba y análisis

2.1 La influencia de diferentes parámetros del proceso en la formación del cordón de soldadura

La Figura 2 muestra el efecto de la velocidad de soldadura en la formación de la soldadura. La potencia del láser es siempre de 100 W y la El desenfoque del haz es de 0 mm. Se puede ver que cuando la velocidad de soldadura es de 5 m/min, la placa está completamente dividida. bajo la acción del láser; Cuando la velocidad de soldadura aumenta a 8 m/min, la soldadura es discontinua y hay agujeros totalmente penetrantes en algunos lugares; cuando la velocidad de soldadura continúa aumentando a 10 m/min,la superficie y la parte posterior de la soldadura son uniformes y continuas, y no hay fenómeno de quemado.En este momento, la forma general de la soldadura es mejor, pero hay un ligero corte en la parte posterior;Cuando la velocidad alcanza los 12 m/min, la penetración en la parte posterior de la soldadura es insuficiente.

Fig.2Soldarformaciónbajouna experiencia diferente soldaduravelocidades

(P= 100W,D=0mm)

Se puede observar que la velocidad de soldadura tiene un impacto significativo en el conformado. A bajas velocidades de soldadura,la energía lineal del haz es alta, el metal en el baño fundido se evapora fuertemente,y la fuerza de reacción del vapor generada es fuerte. Sin embargo, la profundidad del charco fundido es pequeña.Bajo la acción del vapor metálico de alta velocidad, el metal líquido fundido de la piscina puede salir fácilmente desde la parte posterior del profundo agujero fundido y escapar del charco fundido en forma de salpicadura,o incluso todo el metal fundido del charco es expulsado completamente del fondo. Hace que el tablero se rompa.A medida que aumenta la velocidad de soldadura, la energía lineal disminuye, la fuerza de reacción de evaporación generada en el metal del charco fundido disminuye y el impacto sobre el metal del charco fundido disminuye; además,el ángulo de deflexión de la columna de metal generada en el metal fundido del charco se hace mayor,y la fuerza de reacción de evaporación se desvía desde el fondo del baño fundido hacia la parte trasera del el baño fundido, lo que favorece la mejora de la formación de soldadura.

La figura 3 muestra la formación de la costura de soldadura bajo diferentes potencias de láser. El soldadura por láser velocidad es 10 m/min y el desenfoque del haz es de 0 mm. Se puede observar que cuando aumenta la potencia del láser de 5 W a 1000 W se consigue una penetración completa de la placa de acero inoxidable de 1 mm,pero las diferentes potencias del láser tienen un mayor impacto en el conformado.Cuando la potencia del láser es de 5 W, el ancho de la soldadura es relativamente estrecho, hay muchos agujeros quemados en la soldadura,y hay muchas pequeñas partículas de salpicaduras en la parte posterior.Cuando la potencia aumenta a 50 W, el ancho de la soldadura aumenta y el grado de quemado disminuye.Cuando la potencia aumenta a 100 W,la costura de soldadura ya no tiene defectos de quemado y la formación de la costura de soldadura por ambos lados es mejor en este momento.

Cuando la potencia del láser es de 500 W, la forma general de la soldadura es buena, pero un pequeño número de Aparecerán agujeros quemados.Cuando la potencia aumenta a 1000 W, el ancho de la soldadura continúa aumentando,pero el número de agujeros causados ​​por el quemado de la soldadura también aumenta significativamente. Por lo tanto, cuando el el desenfoque del haz es de 0 mm, cuando la potencia del láser es pequeña o grande, la sensibilidad de la costura de soldadura al quemado es mayor.Sólo una potencia láser moderada puede garantizar una buena formación de la costura de soldadura. Esto se debe a que cuando la potencia del láser es bajo, el volumen del baño fundido es muy pequeño y sólo se requiere una pequeña fuerza de reacción de evaporación del metal. para hacer que el metal de soldadura se expulse desde la parte inferior y cree orificios de quemado en las ubicaciones correspondientes.Cuando la potencia del láser es alta, la fuerza de reacción de la evaporación del metal es mayor, lo que puede provocar fácilmente quemaduras. de la soldadura.

          Fig.3 Soldarformaciónatuna experiencia diferente soldadura powers

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

La Figura 4 muestra el efecto del desenfoque del haz en la formación de cordones de soldadura. Los resultados cuando el desenfoque del haz es de 0 mm. se muestran en las Figuras 2 y 3. Aquí mostramos principalmente los resultados cuando el desenfoque del haz es de 10 y -10 mm.Como se muestra en la Figura 4 (a) y (b), cuando el desenfoque del haz es de 10 mm y la velocidad de soldadura es 10 m/min, incluso si se aumenta la potencia del láser de 100 W a 3000 W, la parte posterior de la placa no se puede soldar.Según si se producen agujeros de penetración profundos durante el proceso de soldadura por láser, la soldadura por láser se divide en dos modos: soldadura por conducción térmica y soldadura por penetración profunda.Hay un umbral entre los dos modos. Más allá de este umbral, la soldadura láser pasará de ser soldadura por conducción térmica hasta soldadura de penetración profunda. Generalmente utilizado Este umbral se describe como la relación de Potencia del láser para detectar el diámetro o potencia del láser para detectar el área. Por lo tanto, a medida que aumenta la cantidad de desenfoque,el punto del haz se hace más grande. Bajo la misma potencia del láser y velocidad de soldadura,lsoldadura asercambiará de soldadura de penetración profunda a soldadura por conducción de calor, y la profundidad de penetración disminuirá en consecuencia.

(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 Soldarformacióndonderuna experiencia diferente desenfocandocantidades

Por lo tanto, cuando la cantidad de desenfoque es de 10 mm, el modo de soldadura es soldadura por conducción térmica. En este momento,el ancho de la soldadura es grande y la profundidad es pequeña. La energía del láser se concentra en el superficie del baño fundido y la capacidad de penetración es limitada.Por lo tanto, la penetración de la placa no puede ser logrado a velocidades de soldadura más altas y dentro de un rango de potencia más amplio. Cuando la velocidad de soldadura cae a 6 m/min,el aumento en el aporte de calor hace que la soldadura penetre completamente, el ancho de la soldadura es mayor y el frente y La espalda está mejor formada, como se muestra en la Figura 4 (c) y (d). Cuando la cantidad de desenfoque es - 10 mm y la velocidad de soldadura es 6 m/min, la formación de la costura de soldadura también es buena, como se muestra en la Figura 4 (e) y (f).

2.2Estructura de uniones soldadas.

La Figura 5 muestra la morfología de la articulación bajo diferentes cantidades de desenfoque del haz. Se puede observar que bajo diferentes procesos, no hay grietas, poros y otros defectos en las juntas. Sin embargo, cuando el desenfoque cantidad es 0 mm, se producirán defectos de socavación en la parte posterior de la soldadura y, debido a la fuerte evaporación

del metal de soldadura en este momento, la perturbación en el baño fundido es grande y la línea de fusión de la junta no es simétrico en los lados izquierdo y derecho. Cuando la cantidad de desenfoque es de 10 o - 10 mm, tanto el Los lados frontal y posterior de la soldadura muestran una forma convexa y el ancho de fusión aumenta.

Fig.5Conjuntomorfologíasbajouna experiencia diferente desenfocandocantidades

La Figura 6 muestra la microestructura del metal de soldadura. La Figura 6(a) muestra la estructura de la soldadura cerca del centro.La Figura 6(b) muestra la estructura de la soldadura cerca de la zona afectada por el calor.Se puede ver que el La estructura de soldadura muestra un crecimiento cristalino columnar obvio desde el borde hasta el centro, y los granos en el 

La zona de la soldadura afectada por el calor no crece significativamente.

Fig.6 Microestructurade diferentes partesofla articulación

Las velocidades de enfriamiento de diferentes partes de la soldadura y las diferentes composiciones de la soldadura hacen que la ferrita se Adoptan diferentes formas, incluida una gran cantidad de ferrita esquelética y una pequeña cantidad de ferrita en forma de listón.Para observar más a fondo la orientación del crecimiento del grano conjunto y la distribución del tamaño del grano, la Figura 7 muestra el EBSD análisis de la articulación. Se puede observar que el metal base está compuesto por granos equiaxiales con un tamaño de grano de 10 a 30 µm. La estructura de soldadura sigue principalmente la dirección <100>, mostrando un crecimiento columnar opuesto a la dirección del flujo de calor. La mayoría de los tamaños de grano en el área de soldadura son pequeños, con el grano promedio tamaño inferior a 100 μm, y el resto de los granos columnares son de mayor tamaño, oscilando entre 100 y 400 μm.

Fig.7 EBSDanálisisofarticulaciónstructura

2.3 Propiedades mecánicas de las juntas.

Las Figuras 8 y 9 muestran la resistencia a la tracción y la posición de fractura de la articulación bajo diferentes cantidades de desenfoque, respectivamente.Se puede encontrar que cuando la cantidad de desenfoque es 0 mm, la posición de fractura de la articulación es la conexión entre la soldadura y el metal base, porque hay un corte en la parte posterior de la unión en este momento, lo que fácilmente causa tensión Concentración y fractura. Cuando la cantidad de desenfoque es de 10 y - 10 mm, todas las juntas se rompen en el metal base. lejos de la soldadura. En este momento, la resistencia a la tracción y el alargamiento de las uniones son altos.

Fig.8 De tensiónfuerzahde la articulación bajouna experiencia diferente desenfocandocantidades

Fig.9 Fracturaabiertasde la uniónt bajouna experiencia diferente desenfocandocantidades

3 Conclusión

1. La velocidad de soldadura, la potencia del láser y el desenfoque del haz tienen un impacto significativo en la formación de soldadura de 1 mm. espesorAcero inoxidable 304láminas de acero. A medida que la velocidad de soldadura aumenta de pequeña a grande, la formación de la costura de soldadura cambiosdesde completamente separados, bien formados,A soldadura incompleta; si la potencia del láser es demasiado pequeña o demasiado grande,la sensibilidad de la penetración de la soldadura será mayor;cuando la potencia del láser es de 100 W, el desenfoque es de 0 mm,y la velocidad de soldadura es de 10 m/min, la soldadura se formará mejor. El aumentoen la cantidad de desenfoque es propicioa la mejora de la formación de la costura de soldadura, lo que aumenta el ancho de la costura de soldadura,reduce en gran medida la sensibilidadde perforación, y aumenta el rango de parámetros de soldadura.
2. La forma de la sección transversal de la junta con una cantidad de desenfoque de 10 y -10 mm es buena y no hay defectos;El modo de solidificación del metal de soldadura es la solidificación FA, que se compone de austenita γ and ferrita δ transformada de forma incompleta.La ferrita muestra diferentes formas, incluida una gran cantidad de ferrita esquelética. y una pequeña cantidad de ferrita en forma de listón;La estructura de soldadura principalmentecrece en forma de columna a lo largo de la dirección<100>.La mayoría de los tamaños de grano en el área de soldadura son pequeños,y el tamaño medio de grano es inferior a 100 µm.La columna restante Los cristales son de mayor tamaño, oscilando entre 100 y 400 μm.
3. Cuando la cantidad de desenfoque es de 10, - 10 mm, la articulación tiene una alta resistencia a la tracción y alargamiento, y la posición de fractura is en el material base. Sin embargo, cuando la cantidad de desenfoque es 0 mm, el rendimiento de la articulación disminuye y la fractura posiciónCerrara la soldadura.