Onderzoek naar laserlassen van 304 roestvrij stalen platen

Voertuigen op waterstof zijn een van de belangrijkste technische trajecten voor de ontwikkeling van nieuwe energievoertuigen in China. Vanwege Hun voordelen, zoals een sterk uithoudingsvermogen, een laag geluidsniveau en geen uitstoot, worden als het ultieme beschouwd richting voor de ontwikkeling van nieuwe energievoertuigen.Brandstofcellen zijn de belangrijkste energiebron van voertuigen op waterstof en een sleutelfactor die de prestaties van het voertuig beïnvloedt. De bipolaire plaat is een van de belangrijkste componenten van de brandstof cel.Roestvast staal is vanwege het uitstekende stempelen geschikt voor grootschalige massaproductie van bipolaire brandstofcelplaten prestaties,hoge elektrische geleidbaarheid, lage prijs, diverse productiemethoden en goede mechanische eigenschappen.

Dé lassen van roestvrijstalen platen is een sleutelproces in het productieproces van bipolaire brandstofcelplaten.Wanneer booglassen wordt gebruikt voor het lassen, is de warmte-inbreng relatief groot, wat gemakkelijk grote laswerkzaamheden kan veroorzaken vervormingen, wat niet bevorderlijk is voor het lassen van roestvrijstalen platen.Dit artikel maakt gebruik van fiberlaser om te geleiden lasonderzoek op 1 mm dikke 304 roestvrijstalen platen onderzoekt de effecten van verschillende procesparameters op lasvorming en lasdefecten, en analyseert de microstructuur en mechanische eigenschappen van onderliggende verbindingen verschillende specificaties, voor laserlassen van 304 roestvrij staal. Begeleiding geven op het gebied van praktische techniek toepassingen van dunne platen.

1 Testmaterialen en methoden

Het testmateriaal is een 1 mm dikke koudgewalste plaat van roestvrij staal 304 en de chemische samenstelling ervan wordt weergegeven in Tabel 1.Figuur 1 toont de basismetaalstructuur van roestvrij staal, dat voornamelijk uit austeniet bestaat. Er is duidelijk sprake van rollen richting, en er blijft een kleine hoeveelheid ferrietstructuur achter tussen de austenietlagen.

Tab.1Chemicalsamenstellingvan 304roestvrijstaal in verschillende kleuren(gew%)

               Fig.1 microstructuurvan 304roestvrijstaal in verschillende kleurenbaserenmet al

De lasapparatuur is YLS-10000 fiber laser.Het maximale uitgangsvermogen van de laser bedraagt ​​10 kW,de brandpuntsafstand is 300 mm, de uitgangsgolflengte is 1070 nm en de vlekdiameter bij de focus is 0.72 mm.Gebruik een ander laservermogen P, lassnelheid v en hoeveelheid defocus van de straal D om de plaat te lassen en te analyseren

de impact van verschillende procesparameters op het vormen. Argongas werd gebruikt ter bescherming tijdens het lasproces,en het gasdebiet was 15 l/min.Na het lassen werd voor de bemonstering gebruik gemaakt van draadsnijden. Na het slijpen en polijsten,Voor corrosie werd FeCl3-reagens gebruikt. Een stereomicroscoop werd gebruikt om de macroscopische morfologie te observeren van het lasgedeelte, en een metallografische microscoop werd gebruikt om de microstructuur van de las te observeren.

De monsters werden getrild en gepolijst, en de korreloriëntatie en -grootte werden geanalyseerd met behulp van een elektronen-terugverstrooiingsdiffractometer (EBSD). De lasverbindingen zijn opgerekt met een Zwick-Z100 trekbank op kamertemperatuur, en de reksnelheid van de verbinding was 0.5 mm/min.

2 Testresultaten en analyse

2.1 De invloed van verschillende procesparameters op de lasnaadvorming

Figuur 2 toont het effect van de lassnelheid op de lasvorming. Het laservermogen is altijd 100 W en de de straaldefocus is 0 mm. Het is te zien dat bij een lassnelheid van 5 m/min de plaat volledig gespleten is onder invloed van de laser; wanneer de lassnelheid toeneemt tot 8 m/min, is de las discontinu en op sommige plaatsen zijn er volledig doordringende gaten; wanneer de lassnelheid blijft toenemen tot 10 m/min,het oppervlak en de achterkant van de las zijn gelijkmatig en ononderbroken en er is geen sprake van doorbranden.Op dit moment is de algehele vorm van de las beter, maar er is een lichte ondersnijding aan de achterkant;Wanneer de snelheid 12 m/min bereikt, is er onvoldoende penetratie aan de achterkant van de las.

Fig.2Lassenvormingvooranderslassensnelheden

(P= 100W,D=0mm)

Het is duidelijk dat de lassnelheid een aanzienlijke invloed heeft op het vormen. Bij lage lassnelhedende lineaire energie van de straal is hoog, het metaal in het gesmolten zwembad verdampt sterk,en de gegenereerde stoomreactiekracht is sterk. De diepte van het gesmolten bad is echter klein.Onder invloed van snelle metaaldamp kan het vloeibare gesmolten metaal gemakkelijk naar buiten stromen uit de achterkant van het diepe gesmolten gat en ontsnap uit de gesmolten poel in de vorm van spatten,of zelfs het hele gesmolten metaal wordt volledig uit de bodem geworpen. Zorgt ervoor dat het bord breekt.Naarmate de lassnelheid toeneemt, neemt de lineaire energie af, de gegenereerde verdampingsreactiekracht in het gesmolten metaal neemt af, en de impact op het gesmolten metaal neemt af; Bovendien neemtde afbuighoek van de metaalpluim gegenereerd in het gesmolten metaal wordt groter,en de verdampingsreactiekracht wordt uitgeoefend vanaf de bodem van het gesmolten bad naar de achterkant ervan het gesmolten zwembad, wat bevorderlijk is voor de verbetering van de lasvorming.

Figuur 3 toont de lasnaadvorming onder verschillende laservermogens. De laserlassen snelheid is 10 m/min en de straaldefocus is 0 mm. Dit is te zien wanneer het laservermogen toeneemt van 5 W tot 1000 W wordt volledige penetratie van de roestvrijstalen plaat van 1 mm bereikt,maar verschillende laservermogens hebben een grotere impact op de vorming.Wanneer het laservermogen 5 W is, is de lasbreedte relatief smal, er zitten veel doorbrandgaten in de las,en er zitten veel kleine spatdeeltjes op de achterkant.Wanneer het vermogen toeneemt tot 50 W, wordt de breedte van de las neemt toe en de mate van doorbranden neemt af.Wanneer het vermogen toeneemt tot 100 W,de lasnaad vertoont geen doorbrandfouten meer en de dubbelzijdige vorming van de lasnaad is beter op dit moment.

Wanneer het laservermogen 500 W bedraagt, is de algehele lasvorm goed, maar een klein aantal Er zullen doorbrandgaten verschijnen.Wanneer het vermogen toeneemt tot 1000 W, blijft de breedte van de las toenemen,maar het aantal gaten veroorzaakt door het doorbranden van de las neemt ook aanzienlijk toe. Daarom, wanneer de straalonscherpte is 0 mm, wanneer het laservermogen klein of groot is, is de gevoeligheid van de lasnaad voor doorbranden is groter.Alleen een matig laservermogen kan een goede lasnaadvorming garanderen. Dit komt door het laservermogen is laag, het volume van het gesmolten bad is erg klein en er is slechts een kleine reactiekracht van metaalverdamping vereist om ervoor te zorgen dat het lasmetaal van de bodem loskomt en op de overeenkomstige locaties doorbrandgaten ontstaan.Wanneer het laservermogen hoog is, is de reactiekracht van metaalverdamping groter, wat gemakkelijk tot doorbranden kan leiden van de las.

          Fig.3 Lassenvormingatanderslassen poWers

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

Figuur 4 toont het effect van bundelonscherpte op de vorming van lasnaden. Het resultaat wanneer de straalonscherpte 0 mm is worden weergegeven in figuren 2 en 3. Hier laten we voornamelijk de resultaten zien wanneer de straaldefocus 10 en - 10 mm is.Zoals weergegeven in Figuur 4(a) en (b), wanneer de defocus van de straal 10 mm bedraagt ​​en de lassnelheid 10 m/min, zelfs als het laservermogen wordt verhoogd van 100 W naar 3000 W, kan de achterkant van de plaat niet worden doorgelast.Op basis van de vraag of er diepe penetratiegaten worden geproduceerd tijdens het laserlasproces, wordt laserlassen verdeeld in twee modi: thermisch geleidend lassen en dieppenetratielassen.Er is een drempel tussen de twee modi. Voorbij deze drempel zal laserlassen transformeren van thermisch geleidend lassen tot lassen met diepe penetratie. Algemeen gebruikt Deze drempel wordt beschreven als de verhouding van laservermogen om diameter te spotten of laservermogen om gebied te spotten. Daarom, naarmate de mate van onscherpte toeneemt,de straalvlek wordt groter. Onder hetzelfde laservermogen en dezelfde lassnelheid,laser-lassenzal veranderen van van diep penetratielassen tot warmtegeleidingslassen, en de penetratiediepte zal dienovereenkomstig afnemen.

(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 Lassenvormingwaarrandersonscherphoeveelheden

Daarom is de lasmodus, wanneer de mate van onscherpte 10 mm bedraagt, thermisch geleidend lassen. Momenteel,de lasbreedte is groot en de diepte is klein. De laserenergie wordt geconcentreerd op de oppervlak van het gesmolten bad en het penetratievermogen is beperkt.Daarom kan penetratie van de plaat niet plaatsvinden bereikt bij hogere lassnelheden en binnen een breder vermogensbereik. Wanneer de lassnelheid daalt tot 6 m/min,de toename van de warmte-inbreng zorgt ervoor dat de las volledig doordringt, de lasbreedte groter is en de voorkant en rug zijn beter gevormd, zoals weergegeven in figuur 4 (c) en (d). Wanneer de mate van onscherpte - 10 mm is en de lassnelheid is 6 m/min is de lasnaadvorming ook goed, zoals weergegeven in figuur 4 (e) en (f).

2.2Structuur van lasverbindingen

Figuur 5 toont de morfologie van het gewricht onder verschillende mate van bundelonscherpte. Dat is te zien onder verschillende processen zijn er geen scheuren, poriën en andere defecten in de gewrichten. Echter, wanneer de onscherpte hoeveelheid is 0 mm, er zullen ondersnijdingsdefecten optreden aan de achterkant van de las, en als gevolg van de sterke verdamping

van het lasmetaal op dit moment, de verstoring in het gesmolten zwembad is groot, en de gezamenlijke smeltlijn is niet symmetrisch aan de linker- en rechterkant. Wanneer de mate van onscherpte 10 of - 10 mm is, de voor- en achterkant van de las vertonen een convexe vorm en de smeltbreedte neemt toe.

Fig.5Gezamenlijkmorfologieënvoorandersonscherphoeveelheden

Figuur 6 toont de microstructuur van het lasmetaal. Figuur 6(a) toont de structuur van de las nabij het midden.Figuur 6(b) toont de structuur van de las dichtbij de door hitte beïnvloede zone.Het is te zien dat de De lasstructuur vertoont duidelijke kolomvormige kristalgroei van de rand naar het midden, en de korrels in de 

de door hitte beïnvloede zone van de las groeit niet significant.

Fig.6 microstructuurvan verschillende onderdelenofhet gewricht

De koelsnelheden van verschillende delen van de las en de verschillende samenstellingen van de las zorgen ervoor dat het ferriet gaat smelten verschillende vormen aannemen, waaronder een grote hoeveelheid skeletachtig ferriet en een kleine hoeveelheid latachtig ferriet.Om de gezamenlijke korrelgroeioriëntatie en korrelgrootteverdeling verder te observeren, toont Figuur 7 de EBSD analyse van het gewricht. Te zien is dat het basismetaal bestaat uit gelijkassige korrels met een korrelgrootte van 10 tot 30 µm. De lasstructuur volgt hoofdzakelijk de richting en vertoont een tegengestelde kolomgroei in de richting van de warmtestroom. De meeste korrelgroottes in het lasgebied zijn klein, met de gemiddelde korrel grootte kleiner dan 100 μm, en de rest van de kolomvormige korrels is groter, variërend van 100 tot 400 μm.

Fig.7 EBSDanalyseofgewrichtstructuur

2.3 Mechanische eigenschappen van verbindingen

Figuren 8 en 9 tonen respectievelijk de treksterkte en breukpositie van het gewricht onder verschillende defocuswaarden.Er kan worden vastgesteld dat wanneer de mate van defocus 0 mm is, de breukpositie van het gewricht de verbinding daartussen is de las en het basismetaal, omdat er op dit moment een ondersnijding aan de achterkant van de verbinding zit, wat gemakkelijk spanning veroorzaakt concentratie en breuk. Wanneer de mate van onscherpte 10 en - 10 mm bedraagt, zijn de verbindingen in het basismetaal allemaal gebroken ver weg van de las. Op dit moment zijn de treksterkte en de rek van de verbindingen beide hoog.

Fig.8 rekbaarkrachthvan het gewricht onderandersonscherphoeveelheden

Fig.9 Breukpositiesvan de verbindingt onderandersonscherphoeveelheden

3 Conclusie

1. Lassnelheid, laservermogen en straalonscherpte hebben allemaal een aanzienlijke invloed op de lasvorming van 1 mm dik304 roestvrijstaalplaten. Naarmate de lassnelheid toeneemt van klein naar groot, ontstaat er lasnaadvorming veranderingenvan volledig gescheiden, goed gevormde,tot onvolledig lassen; als het laservermogen te klein of te groot is,de gevoeligheid van laspenetratie zal groter zijn;wanneer het laservermogen 100 W is, is de onscherpte 0 mm,en de lassnelheid is 10 m/min, de las wordt beter gevormd. De toenamein de hoeveelheid onscherpte is bevorderlijktot het verbeteren van de lasnaadvorming, waardoor de breedte van de lasnaad toeneemt,vermindert de gevoeligheid aanzienlijkvan perforatie, en vergroot het bereik van lasparameters.
2. De vorm van de dwarsdoorsnede van de verbinding met een defocuswaarde van 10 en - 10 mm is goed en er zijn geen gebreken;De stollingsmodus van het lasmetaal is FA-stolling, die is samengesteld uit austeniet γ and onvolledig getransformeerd δ-ferriet.Ferriet vertoont verschillende vormen, waaronder een grote hoeveelheid skeletferriet en een kleine hoeveelheid latachtig ferriet;De lasstructuur voornamelijkgroeit kolomvormig in de richting.De meeste korrelgroottes in het lasgebied zijn klein,en de gemiddelde korrelgrootte is minder dan 100 μm.De overige zuilvormig kristallen zijn groter, variërend van 100 tot 400 μm.
3. Wanneer de defocuswaarde 10, - 10 mm bedraagt, heeft de verbinding een hoge treksterkte en rek, en de breukpositie is in het basismateriaal. Wanneer de mate van defocus echter 0 mm is, nemen de prestaties van het gewricht af en de breuk positiedichtbijnaar de las.