Исследование лазерной сварки листа нержавеющей стали 304 Россия

Транспортные средства, работающие на водородном топливе, являются одним из основных технических путей развития транспортных средств на новой энергии в Китае. Из-за Благодаря своим преимуществам, таким как высокая выносливость, низкий уровень шума и нулевой уровень выбросов, они считаются лучшими направление развития транспортных средств на новой энергии.Топливные элементы являются основным источником энергии для автомобилей на водородной энергии. и ключевой фактор, влияющий на производительность автомобиля. Биполярная пластина является одним из основных компонентов топлива. клетка.Нержавеющая сталь подходит для крупномасштабного массового производства биполярных пластин топливных элементов благодаря превосходной штамповке. производительность,высокая электропроводность, низкая цена, разнообразные методы производства и хорошие механические свойства.

Команда сварка Изготовление листов нержавеющей стали является ключевым процессом в процессе производства биполярных пластин топливных элементов.Когда для сварки используется дуговая сварка, подвод тепла относительно велик, что может легко привести к большой сварке. деформации, что не способствует сварке листов нержавеющей стали.В этой статье используется волоконный лазер для проведения исследование сварки листов нержавеющей стали 1 толщиной 304 мм, исследует влияние различных параметров процесса на образование сварных швов и дефекты сварки, анализирует микроструктуру и механические свойства соединений при различные спецификации, для лазерная сварка из нержавеющей стали 304. Предоставление рекомендаций по практическому инжинирингу применение тонких пластин.

1 Материалы и методы испытаний

Испытуемый материал представляет собой холоднокатаный лист нержавеющей стали марки 1 толщиной 304 мм, химический состав которого приведен в таблице 1.На рисунке 1 показана структура основного металла нержавеющей стали, который в основном состоит из аустенита. Идет явный перекат направлении, а между слоями аустенита остается небольшое количество ферритной структуры.

Таб.1Поставщиккомпозицияиз 304нержавеющийстали(вес%)

               Fig.1 микроструктураиз 304нержавеющийсталиИспользование темпера с изогнутым основаниемmи другие

Сварочное оборудование YLS-10000 волоконный лазер.Максимальная выходная мощность лазера 10 кВт,фокусное расстояние 300 мм, длина волны излучения 1070 нм, диаметр пятна в фокусе 0.72 мм.Используйте различную мощность лазера P, скорость сварки v и величину расфокусировки луча D для сварки пластины и проанализируйте

влияние различных параметров процесса на формование. Для защиты во время процесса сварки использовался аргон.и скорость потока газа составляла 15 л/мин.После сварки для отбора проб использовали обрезку проволоки. После шлифовки и полировкиДля коррозии использовали реагент FeCl3. Для наблюдения макроскопической морфологии использовался стереомикроскоп. участка сварного шва и с помощью металлографического микроскопа наблюдали микроструктуру сварного шва.

Образцы подвергались вибрации и полировке, ориентация и размер зерен анализировались с помощью дифрактометр обратного рассеяния электронов (EBSD). Сварные соединения растягивались с помощью Zwick-Z100. машина для испытания на растяжение при комнатной температуре, скорость растяжения шва составляла 0.5 мм/мин.

2 Результаты испытаний и анализ

2.1 Влияние различных технологических параметров на формирование сварочного шва

На рисунке 2 показано влияние скорости сварки на формирование сварного шва. Мощность лазера всегда составляет 100 Вт, а расфокусировка луча составляет 0 мм. Видно, что при скорости сварки 5 м/мин пластина расщепляется полностью. под действием лазера; при увеличении скорости сварки до 8 м/мин сварной шов становится прерывистым и в некоторых местах имеются сквозные отверстия; Когда скорость сварки продолжает увеличиваться до 10 м/мин,поверхность и задняя часть сварного шва ровные и непрерывные, явления прожога отсутствуют.В это время общая форма сварного шва улучшается, но с обратной стороны имеется небольшой подрез;Когда скорость достигает 12 м/мин, задняя часть сварного шва оказывается недостаточной.

Fig.2Приваритеобразованиенедооценивают ееразличныйсваркаскорость

(P= 100W,D=0mm)

Видно, что скорость сварки оказывает существенное влияние на формовку. При низких скоростях сваркилинейная энергия луча велика, металл в ванне сильно испаряется,и создаваемая сила реакции пара велика. Однако глубина ванны расплава невелика.Под действием высокоскоростных паров металла жидкий металл расплавленной ванны может легко вырваться наружу. из задней части глубокой расплавленной дыры и вырваться из расплавленной ванны в виде брызг,или даже весь расплавленный металл ванны полностью выбрасывается со дна. Вызывает поломку платы.По мере увеличения скорости сварки линейная энергия уменьшается, возникающая сила реакции испарения в ванне металла уменьшается, а воздействие на металл ванны уменьшается;угол отклонения металлического шлейфа, образующегося в ванне расплавленного металла, становится больше,и сила реакции испарения смещается от дна ванны расплава к задней части ванны. ванну расплава, что способствует улучшению формирования сварного шва.

На рис. 3 показано формирование сварочного шва при различных мощностях лазера. лазерная сварка скорость 10 м/мин и дефокусировка луча 0 мм. Видно, что при увеличении мощности лазера от 5 Вт до 1000 Вт достигается полное проникновение в пластину из нержавеющей стали толщиной 1 мм,но разные мощности лазера оказывают большее влияние на формовку.При мощности лазера 5 Вт ширина сварного шва относительно узкая, в сварном шве много прожогов,и на спине много мелких частиц брызг.При увеличении мощности до 50 Вт ширина сварного шва увеличивается, а степень прожога уменьшается.При увеличении мощности до 100 Вт,сварной шов больше не имеет прожогов, а двухстороннее формирование сварного шва улучшается в это время.

При мощности лазера 500 Вт общая форма сварного шва хорошая, но небольшое количество дефектов появятся прожоги.При увеличении мощности до 1000 Вт ширина сварного шва продолжает увеличиваться,но количество отверстий, вызванных прожогом сварного шва, также значительно увеличивается. расфокусировка луча 0 мм, при малой или большой мощности лазера чувствительность сварного шва к прожогу лучше.Только умеренная мощность лазера может обеспечить хорошее формирование сварного шва. мал, объем расплавленной ванны очень мал, и требуется лишь небольшая сила реакции испарения металла чтобы вызвать выброс сварочного металла снизу и образование прожогов в соответствующих местах.При высокой мощности лазера сила реакции испарения металла увеличивается, что легко может привести к прожогу. сварного шва.

          Fig.3 Приваритеобразованиеatразличныйсварочный аппаратWers

(v= 10м / мин,D=0мм)

На рис. 4 показано влияние расфокусировки луча на формирование сварочного шва. Результаты при расфокусировке луча 0 мм показаны на рисунках 2 и 3. Здесь в основном показаны результаты при дефокусировке пучка 10 и - 10 мм.Как показано на рисунках 4(а) и (б), при расфокусировке луча 10 мм и скорости сварки 10 м/мин, даже если мощность лазера увеличить со 100 Вт до 3000 Вт, проварить заднюю часть пластины невозможно.В зависимости от того, образуются ли в процессе лазерной сварки отверстия глубокого проникновения, лазерная сварка делится на Два режима: теплопроводная сварка и сварка с глубоким проплавлением.Между этими двумя режимами существует порог. За этим порогом лазерная сварка превратится из теплопроводная сварка до сварки с глубоким проплавлением. Обычно используется. Этот порог описывается как отношение мощность лазера для определения диаметра или мощность лазера для определения площади. Таким образом, по мере увеличения степени расфокусировкипятно луча становится больше. При той же мощности лазера и скорости сварки,lАзер сваркаизменится с сварка с глубоким проплавлением переходит в теплопроводную сварку, и глубина проникновения соответственно уменьшится.

(A)P= 100W,v= 10м / мин,D=10mm,(B)P= 3000W,v= 10м / мин,

D= 10mm,(c)P= 100W,v=6м / мин,D= 10mm,(D)P= 3000W,

v=6м / мин,D= 10mm,(Е)P= 100W,v=6м / мин,D=-10mm,

(F)P= 3000W,v=6м / мин,D=-10mm

      Fig.4 Приваритеобразованиегдеrразличныйрасфокусировкасуммы

Следовательно, когда величина расфокусировки составляет 10 мм, режимом сварки является теплопроводная сварка. В это время,ширина сварного шва большая, а глубина маленькая. Энергия лазера концентрируется на поверхность ванны расплава и проникающая способность ограничена.Поэтому проникновение пластины невозможно. достигается при более высоких скоростях сварки и в более широком диапазоне мощностей. Когда скорость сварки упадет до 6 м/мин,увеличение подвода тепла приводит к полному провару сварного шва, ширина шва увеличивается, а передняя и передняя части спина сформирована лучше, как показано на рис. 4 (в) и (г). Когда величина расфокусировки составляет - 10 мм и скорость сварки 6 м/мин, формирование сварного шва также хорошее, как показано на рис. 4 (д) и (е).

2.2Структура сварных соединений

На рис. 5 показана морфология соединения при различной степени дефокусировки луча. Видно, что под различных процессов, в стыках отсутствуют трещины, поры и другие дефекты. Однако при расфокусировке величина равна 0 мм, дефекты подреза будут возникать на тыльной стороне шва, а из-за сильного испарения

металла сварного шва в это время, нарушение в расплавленной ванне велико, и линия сплавления соединения несимметричен слева и справа. Когда величина расфокусировки составляет 10 или - 10 мм, оба передняя и задняя стороны шва приобретают выпуклую форму, а ширина плавления увеличивается.

Fig.5Совместныйморфологиинедооценивают ееразличныйрасфокусировкасуммы

На рис. 6 представлена ​​микроструктура металла шва. На рис. 6(а) показана структура сварного шва вблизи центра.На рис. 6(б) показана структура сварного шва вблизи зоны термического влияния.Видно, что В структуре сварного шва виден очевидный столбчатый рост кристаллов от края к центру, а зерна в 

Зона термического влияния сварного шва существенно не увеличивается.

Fig.6 микроструктураразных частейofсустав

Скорость охлаждения различных частей сварного шва и различный состав сварного шва приводят к тому, что феррит принимать разную форму, включая большое количество скелетного феррита и небольшое количество реечного феррита.Для дальнейшего наблюдения за совместной ориентацией роста зерен и распределением зерен по размерам на рисунке 7 показан EBSD. анализ сустава. Видно, что основной металл состоит из равноосных зерен с размером зерна от 10 до 30 мкм. Структура сварного шва в основном соответствует направлению <100>, демонстрируя столбчатый рост, противоположный направлению. к направлению теплового потока. Большинство размеров зерен в зоне сварного шва небольшие, со средним зерном размер менее 100 мкм, остальные столбчатые зерна крупнее, от 100 до 400 мкм.

Fig.7 ЭИанализofсовместнаяулучение

2.3 Механические свойства соединений

На рисунках 8 и 9 показаны прочность на растяжение и положение перелома сустава при различной степени дефокусировки соответственно.Можно обнаружить, что когда величина дефокусировки равна 0 мм, положением перелома сустава является соединение между сварного шва и основного металла, поскольку в это время на задней стороне соединения имеется подрез, который легко вызывает напряжение концентрации и разрушения. При величине дефокусировки 10 и - 10 мм в основном металле разрушаются все соединения. далеко от сварного шва. В это время прочность на растяжение и удлинение суставов высоки.

Fig.8 растяжимыйсильныйhсустава подразличныйрасфокусировкасуммы

Fig.9 Переломпозицииобъединеният подразличныйрасфокусировкасуммы

3 Заключение

1. Скорость сварки, мощность лазера и расфокусировка луча оказывают существенное влияние на формирование сварного шва толщиной 1 мм. толстыйНержавеющая 304стальные листы. По мере увеличения скорости сварки от маленькой к большой образование сварочного шва измененияиз полностью отделенных, хорошо сформированных,к неполной сварке; Если мощность лазера слишком мала или слишком велика,чувствительность проплавления сварного шва будет выше;при мощности лазера 100 Вт дефокусировка 0 мм,и скорости сварки 10 м/мин, сварной шов будет формироваться лучше. Увеличениепо величине расфокусировки способствуетк улучшению формирования сварочного шва, что увеличивает ширину сварочного шва,сильно снижает чувствительностьперфорации и увеличивает диапазон параметров сварки.
2. Форма поперечного сечения соединения при величине расфокусировки 10 и - 10 мм хорошая, дефектов нет;Режим затвердевания металла сварного шва – затвердевание FA, состоящего из аустенита γ иd неполностью преобразованный δ-феррит.Феррит имеет различную форму, включая большое количество скелетного феррита. и небольшое количество реечного феррита;Структура сварного шва в основномрастет столбчато в направлении <100>.Большинство размеров зерен в зоне сварного шва небольшие,а средний размер зерна составляет менее 100 мкм.Остальные столбчатые кристаллы крупнее по размеру: от 100 до 400 мкм.
3. Когда величина дефокусировки составляет 10,-10 мм, сустав имеет высокую прочность на растяжение и относительное удлинение, а положение перелома is в основном материале. Однако, когда величина дефокусировки равна 0 мм, работоспособность сустава снижается, и перелом должностьЗакрытьк сварному шву.