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ISSN: 2321 - 6212
R V工程学院,印度Dayananda Sagar大学、印度
收到的日期:06/10/2018;接受日期:11/10/2018;发布日期:18/10/2018
DOI: 10.4172 / 2321 - 6212.1000233
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基于两个小说Cr-free镍焊接电线是捏造的,用于焊接奥氏体不锈钢304级(SS304)钨极惰性气体保护焊(TIG)的过程。两个焊接电线指定为3 s (Mn)和4 n (Mn)为2% % 43.499 wt成分镍,25 fe, 10 mo, 10立方,10有限公司0 Mn, ti, 0.5和0.001 c SS304捏造和焊接。比较研究这两个电线接头焊接的。焊接接头的微观结构特征,机械和断裂特性。焊接界面的显微结构显示抽搐和商务部在谷物和沿晶界沉淀可能是负责焊接接头的强度。纯粹的区域联合焊接的3 s线与4 n比这更广泛的焊接。存在2%的锰4 n线促进γ’的形成(γ')沉淀,因此可能负责接头强度比关节3 s线焊接。拉力测试结果显示联合力量由于4 n线稍微比(3.5%)通过3 s线接头焊接。然而联合焊接4 n线的延性降低6%相比,联合焊接3 s线。焊接接头硬度在显示软热影响区(HAZ)在机械负荷,因此容易失败。 The joint welded with 4N wire underwent significant amount of plastic deformation before failure. The joints welded with both the wires showed ductile mode of failure.
镍Cr-free线为基础,Gtaw焊接、不锈钢、微观结构表征、机械属性。
目前,镍基电线广泛应用于焊接行业不同的材料,如铬镍铁合金82/182,铁素体低合金钢和奥氏体钢1),合金800和惠普耐热钢2)、超级合金铬镍铁合金82/182和不锈钢等适应不同成分和热扩大金属(3)、降水等主要沉淀铬碳化物(4],弱抗焊接凝固,对微裂缝的形成,避免碳扩散的碳钢不锈钢,并避免氧化(5- - - - - -9]。
铬合金元素添加到镍合金,提高焊接能力(10),机械强度(11,12),焊接接头的耐蚀性和抗开裂[13,14]。虽然添加Cr大大提高了机械和腐蚀性能,但其焊接烟雾含有致癌的六价铬(Cr + 6),这是对焊工有害健康(15]。焊接时焊接烟雾的严重程度的增加,在封闭的房间内如电厂锅炉(16船舶),内部的任务提供排气系统不仅昂贵而且很难(17]。OSHA建议焊接的不锈钢Cr-free电极/电线[18]。
在这个方向,YeongHo金等人开发Cr-free焊接电极通过减少/消除总铬浓度焊缝合金代替铬合金元素与其他元素,如钼(Mo)、铜(铜)19),而杰弗里·威廉Sowardset等人继续他的前任的工作发展焊丝材料通过添加元素,比如钛(Ti) (Co)钴、锰(Mn)等20.- - - - - -23]。除了重量高达10%的钼镍合金不仅增加了其机械强度,而且改善耐点蚀(24]。此外,铜和钼的结合以及Ti和Mo合金元素提高了机械强度以及耐腐蚀的镍基合金(25,26]。Ti有助于形成的镍合金碳化物,因此提高机械焊接接头强度随着孔隙度减少,Ti也促成了等轴树枝晶的形成,从而增加延性的焊缝27- - - - - -30.]。
崔等人建议增加公司焊接材料,因为它具有良好的溶解性与大多数合金元素和形式固溶强化焊接材料和焊缝和鞋匠等人建议增加Mn电极材料对Cr替换它促进加强后的焊缝熔池凝固(31日,32]。公司提高了耐开裂由于微裂缝在奥氏体不锈钢和锰减少硫的有害影响形成MnS代替菲斯(33]。尽管许多研究人员致力于部分替代铬合金与其他元素来维持他们的机械和腐蚀性能,只有少数重点发展Cr免费使用铜、镍基合金钼和有限公司作为合金元素(20.- - - - - -23]。根据作者的知识,没有研究工作取代Cr等多个元素钛、铝、锰和钴在试图基于Ni的填充金属。目标是制定如下:
1。发展和特征两个Cr分别与没有Mn自由基于Ni的填充金属
2。调查由两个电线接头焊接的焊接能力如热影响区、混合区,部分熔化区和焊接骨折。
3所示。表征焊接接头的强度、硬度和影响的研究。
基材是SS304板块在溶液中退火条件的尺寸160 mm×70 mm×6毫米。化学成分对SS304表1。镍基焊料构成40 - 50%镍展览突出强度和耐腐蚀性能在房间温度升高34由于奥氏体结构)。两个Cr免费填充金属指定为3 s和4 n准备使用开顶感应炉和最后的作文所示表2。这些填料金属加工长度200毫米×3.2毫米直径用线切割电火花放电加工。
表1。304不锈钢合金的化学成分。
| 元素类型 | Cr | 锰 | 倪 | 如果 | C | P | 年代 | 菲 | 总 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| %重量 | 18 - 20 | 2 | 8 - 10.5 | 1.0马克思 | 0.08 | 0.045 | 0.03 | 落下帷幕 | One hundred. |
表2。两个电极棒的化学成分。
| 成分(%) | 倪 | 菲 | 莫 | 铜 | 有限公司 | 锰 | “透明国际” | 艾尔 | C | 总 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 3 s-alloy | 43.499 | 25 | 10 | 10 | 10 | 零 | 1 | 0.5 | 0.001 | One hundred. |
| 4 n-alloy | 43.499 | 23 | 10 | 10 | 10 | 2 | 1 | 0.5 | 0.001 | One hundred. |
贱金属标本加工获得单一的V型槽,对接与3.2毫米根部间隙打开配置,包括80°角和齿根面1毫米的30.]。所示的焊缝图1,被二段式钨极惰性气体保护电弧焊焊接过程和焊接参数所示表3。焊接接头获得使用自动钨极惰性气体保护电弧焊机使全球CK的“TIG大师”。焊接后,关节被清洗的尺度/氧化层钢丝刷和暴露在x射线(使飞利浦MG225)来检测缺陷在焊缝凝固收缩裂缝和孔隙度等。横切面显微结构的研究标本在碳化硅砂纸一步一步从80年到2000年的勇气,然后是抛光与0.1尼龙布料μm镜面抛光金刚石研磨膏。标本使用大理石试剂(4通用CuSO化学蚀刻4+ 20毫升蒸馏H2O + 20毫升con.HCL)。填充金属,贱金属和焊缝界面检查光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)研究显微结构的变化。焊接界面和填充金属的化学成分是由X射线能谱仪(EDS) (EDX-Shimadzu和xrd - 7000 X最大值)。稀释决意显微水平,通过测量单个几何沉积填充金属的横截面区域和融化的贱金属。焊缝的稀释的比例基本金属(融化bm)的总融化的横截面面积填充金属和贱金属(一个bm+一个调频)结合35]。
表3。钨极惰性气体保护电弧焊接头的参数。
| 焊接参数 | 值 |
|---|---|
| 焊接速度(毫米/秒) | 3毫米/秒 |
| 基于“增大化现实”技术的气体流量(升/分钟) | 8升/分钟 |
| 电流(安培) | 115安培 |
| 电弧电压(伏) | 20 - 22伏 |
| 填料类型 | 3和4 n |
| 对峙距离 | 2毫米 |
| 填料大小 | ø3.2 x 150毫米 |
(1)
在横向方向上拉伸试验,采集标本所示(标本叠加在焊盘)(图1)。拉伸测试维度的标本(计60毫米的长度,宽度10毫米和6毫米的厚度)和应变率进行了1毫米/分钟(30.]。整个焊接界面显微硬度测量使用维氏显微硬度测试仪按astme 500 g - 384有一个负载。焊缝的韧性是用计算机化的夏比测试仪测量观察标本的尺寸55毫米×10毫米×6毫米(3]。找到失效机理,拉伸试样断口表面用扫描电镜进行了研究。稀释平均水平计算方程1的焊缝接头3 s / SS304和4 n / SS304 32±5%和31日分别为±4%。JMAT PRO (senta软件有限公司,英国萨里郡)材料特性仿真软件是用来预测的影响锰合金元素在合金3 s的稳定阶段和4 n。
图1所示。原理图的张力试样叠置在底座上。
下面的部分结果与讨论的微观结构和力学性能的基础,填充材料。
基地和填充金属微观结构
图2显示了贱金属SS304的微观结构。它由等轴奥氏体颗粒(各地),退火双胞胎(在),小铁素体(MF)谷物和黑暗的细分散碳化物沉淀(CP)在奥氏体晶界和矩阵。完整的奥氏体结构SS304意味着更好的韧性和耐腐蚀性能在高温(35]。暗碳化物沉淀的成分可能Cr23C6或Cr6C [36]。图2 b和2 c的微观结构铸的填充金属3 s合金在不同的放大。图2 d和2 e显示了——把填充金属的微观结构4 n合金在不同的放大。既包括好的树突伽马固溶体。3和4 n填充金属包含约25%和33%分别wt的γ(γ')。两个微观结构主要包括罚款,密苏里州和次要内容丰富的Ti丰富M6C型(M代表金属类型)在枝晶间碳化物沉淀(EDS)地区和沿晶界。主要强化相γ’是分散在矩阵填充金属镍及其成分可能倪3Ti /。硬质合金和γ的沉淀不同的大小和位置。XRD结果所示图3 a和b3 s和4 n合金确认联系γ(γ固溶体)和沉淀γ’(γ'),密苏里州丰富的Ti和次要内容丰富6C。
图2。显示了贱金属的光学显微图SS304。(2 b-2c)显示了不同的放大率和3 s合金微观结构(2 d-2e)显示4 n合金的微观结构不同的放大。
图3。显示了X射线衍射模式的铸态和4 n合金。
焊缝界面微观结构
关节之间的焊接界面3 s / SS304和4 n / SS304相比,基础材料不同形态、组成和性质。图4 a和4 b显示了光学微焊接界面的图形。图5 a-5d和6 a-6d显示扫描电镜微观结构和EDS块焊缝3 s / SS304和4 n / SS304分别。焊接接头的接口的3 s / SS304和4 n / SS304是连续的,没有揭示微裂缝或孔隙度,这可能是由于添加高合金元素钛(1%)和Al (0.5%)。Ti和半岛不仅减少了焊缝的孔隙度,也影响将对晶界迁移的影响(MGB)如图7所示连同钛硬质合金(TiC)(如图所示的亮点图5 d和6 d(36]。焊缝界面可以明显分为四个区域,贱金属(BM),热影响区(HAZ),纯粹的区(是乌斯)和焊缝金属区(WM)。是乌斯的宽度为3 s / SS304(75μm)高于4 n / SS304(50μm)由于填充金属熔化温度的差异3 s (1380°C)和4 n (1340°C)。3 s的融化温度非常接近SS304贱金属(1440°C),因此导致更广泛的是乌斯(37]。equi-axed树突结构可以观察到在纯粹的区域图5和6 c。主臂短枝晶间距(垫)主要是由于存在1%的钛(30.]。的焊接界面图5 d和6 d显示暗碳化钼的分布(MoC)和明亮的抽搐沿着晶界沉淀。图5和6对应于树突结构的化学成分在的地方图5 b和6 b显示了TiC沉淀的化学成分。图6 e对应的化学成分(EDS情节)商务部在有时沿着晶界沉淀形成。联合的热影响区4 n / SS304(50μ)小于3 s / SS304(75μ)。这可能归因于2% 4 n合金中锰的存在降低了焊缝池的热导率,因此限制了传热,热影响区宽度缩短(38]。类似的观察是由Sireesha, et al。2]。深色晶界在热影响区中可以观察到两种类型的焊缝接头由于抽搐沉淀在晶界形成熔池凝固,EDS在图5所示的证据6 b和b。另一方面,在热影响区晶粒生长是由于焊缝的数量增加,加热和加热的贱金属导致的热影响区晶粒生长所示图5和6 c。部分混合区(PMZ)的焊接接头,填充金属的元素融合的贱金属元素导致稀释电极材料所示图7 b。PMZ似乎缩小的面积,但该区域形成三角洲结构与其他区域所示图7 b。
图4。焊接界面的联合(a) 3 s填充金属和304不锈钢贱金属(b) 4 n填充金属和SS 304贱金属。
图5。结果显示了SEM和EDS焊缝3 s / SS304, (a) EDS结果显示莫,镍、铁、铜丰富的阶段,(b) EDS抽搐的沉淀的结果,(c)的扫描电镜图像焊缝3 s / SS304, (d)商务部和抽搐的放大视图沉淀,(e) EDS商务部沉淀的结果。
图6。结果显示了SEM和EDS焊缝4 n / SS304。(a) EDS结果显示莫,镍、铁、铜、锰富裕阶段,(b) EDS抽搐的沉淀的结果,(c)的扫描电镜图像焊缝4 n / SS304, (d)的放大视图的抽搐沉淀。
图7。(a)凝固晶界的存在和晶界迁移的微观结构和(b)放大视图纯粹的区,焊缝区显微组织。
δ树突边界融化的趋势在合金焊接区武政)是归因于莫在这些边界的浓缩。莫在焊接区不仅降低了熔点宪法也形成低熔点carbide-austenite低共熔体,在凝固。不同的边界ofsolidification晶界(SGB)和晶界迁移(MGB)形成在焊接界面区(WM)所示图7。这样的晶界形成由于粮食和数据包的碰撞子谷物凝固的时候。莫和Ti碳化物形成SGB和MGB由于分区系数降低钼铁的存在(39](图4)。
的应力-应变行为3 s / SS304和4 n / SS304焊接接头所示图8。焊接接头的韧性分别是24%和18%。再贱金属的应力-应变行为SS304 (BM),填充金属(FM) 3 s和焊缝(WJ) 3 s / SS304所示图8和BM,第二填充金属4 n和WJ 4 n / SS304所示图9 b。在图9和9 b,大英博物馆,两种类型的FM和WJ具有相同的行为到弹性极限延伸率(1%)和后来所有三个曲线明显偏离。极限抗拉强度(ut)调频合金都几乎相同,但延性4 n是略低于3 s合金(4和3 s - n - 18% 20%)(表4)举办,FM合金强度高于基合金。类似的材料属性是良好的可焊性性能的要求(40,41]。强度两种WJ (3 s / SS304和4 n / SS304)小于填充金属(3和4 n)和BM (SS304)。这可以归因于力学性能的退化由于高冷却速率的热影响区后钨极惰性气体保护电弧焊过程。尽管裂缝发起在热影响区,焊接接头中没有看到失败武政)这意味着更强的焊缝拉伸测试。尽管FMs显示几乎相同趋势的强度和延性,WJ 4 n / SS304和3 s / SS304表现出不同的行为。联合4 n / SS304高强度(591 MPa)但关节3 s / SS304具有较高延性(24.66%)所示表3。接头的强度增加4 n / SS304相比3 s / SS304可能归因于存在填充金属锰2% 4 n [40]。图10显示添加锰的影响在焊接界面的阶段稳定性4 n / SS304联合JMATPRO所计算的。添加锰增加了wt %的γ和NiAl沉淀在镍合金强化相,进而增加了焊接强度。添加锰不仅γ’和NiAl沉淀增加2%,也减少其他正方封闭包装(TCP)的形成阶段。增加wt %的γ和镍铝化合物(NiAl)沉淀在焊接界面4 n / SS304作为位错运动的障碍在拉伸测试。
图8。焊接接头的应力应变行为的应变率1毫米/分钟。
图9。基合金的应力-应变行为、填充合金及焊缝1毫米/分钟的应变率。
图10。锰对4 n的阶段稳定性的影响合金模拟JMAT Pro。
表4。焊接接头的力学性能3 s / 304和4 n / 304。
| 材料类型 | 指定 | UTS (MPa) | %厄尔 | 冲击能量(J) |
|---|---|---|---|---|
| 基板 | 304不锈钢 | 628年 | 35 | 101.1 |
| 填充材料 | 3 s | 632年 | 20. | 96.2 |
| 填充材料 | 4 n | 635年 | 18 | 98.3 |
| 焊缝 | 3 s / SS304 | 571年 | 24.66 | 100.7 |
| 焊缝 | 4 n / SS304 | 591年 | 18.02 | 91.3 |
然而延性4 n / SS304小于3的s / SS304焊缝6%,可能是由于锰的影响。锰在钢具有双重作用,首先它solution-hardens [41)钢铁从而增加强度和韧性,其次它细化了珠光体结构从而降低钢的延性。图11显示整个焊缝硬度概要界面这表明焊接温度对焊缝的影响和贱金属。焊缝显示最大硬度230高压,高压223 4 n / SS304和3 s / SS304焊缝分别更比基地SS304合金(175高压)但在热影响区区域的硬度低于基合金和焊接接头(163高压)因此,失败可以看到附近的焊接接头由于粮食修改(大粒径所示图5和6 c由于两焊热的效果。逐步减少焊缝的热影响区硬度的报道在其他不同的焊接也42]。FM的韧性(冲击强度),BM和WJ的第五纵队表3。贱金属冲击强度最高,其次是填充金属和焊接接头。焊缝3 s / SS304显示冲击强度几乎相同的贱金属由于其延性。另一方面,WJ 4 n / SS304较小的冲击强度(图12)。
图11。硬度分布在焊缝界面联合4 n / SS304和3 s / SS304。
图12。显示(a) 3 s合金的金相,(b) 4 n合金和(c) SS304基材微孔隙(MV),酒窝(D)。
变形故障前相比,焊缝3 s / SS304焊缝(图13 b)。宽阔的酒窝是沉淀的存在的确认(NiAl / Ti, Mo6C和抽搐)这是由于添加锰合金元素形成的。4 n 2%的锰合金促进沉淀的形成比相比,3 s合金(40](图10)。次级粒子的回忆(如沉淀)微孔也可以看到。微孔的大小从30 - 60微米不等(图14)。
图13。显示了金相(a) 3 s / SS304焊缝(b)的放大视图3 s / SS304焊缝与微孔隙(MV),酒窝(D), (C)。
图14。显示了金相(a) 4 n / SS304焊缝(b)的放大视图4 n / SS304焊缝与微孔隙(MV),酒窝(D)。
研究的结果总结如下
1。焊接界面的微观结构由不同的地区如BM、热影响区,是乌斯。由于多通过焊接、热影响区晶粒生长的观察。因此呈现HAZ地区容易失败。
2。出现抽搐、商务部沉淀强化谷物和晶界的焊接接头。
3所示。是乌斯联合3 s / SS304是更广泛的比4 n / SS304由于密切的熔点
4所示。25 - 35%稀释贱金属的填充金属导致PMZ在焊接界面的形成。
5。存在2%的锰4 n填充金属促进γ'沉淀的形成,因此联合力量4 n / SS304 3 s / SS304相比略高。
6。焊缝的韧性4 n / SS304降低关节3 s / SS304相比。
7所示。骨折关节表面显示延性断裂的模式类型的焊接接头。
