2Cr13马氏体不锈钢扫描激光-电弧复合焊接接头元素分布及组织性能研究

摘要

2Cr13马氏体不锈钢力学性能优异、耐蚀性适中且价格低廉，具有较好的利润空间，一直以来是钢铁企业尝试发展的焦点．先前研究表明激光-电弧复合工艺有望通过焊丝材料的合理选择，借助合金化的作用实现2Cr13不锈钢的高质高效焊接，但存在合金元素分布不均的问题．为此，本文在2Cr13马氏体不锈钢激光-电弧复合焊接中引入激光束扫描，依靠其对熔池的强烈搅拌效应调控合金元素分布，改善熔池冶金行为，细化晶粒，从而增强焊缝韧性．本文着重探讨了激光束扫描频率对焊缝中合金元素分布特征、焊缝组织和力学性能的影响规律．结果表明，扫描激光束对熔池的高频搅拌效应加强了熔池对流，驱动Ni元素由电弧作用区域向激光作用区域转移，焊缝中Ni元素分布不均匀程度减弱．在扫描半径0.4 mm情况下优化的扫描频率为20 Hz，此时焊缝中激光作用区域Ni元素含量由不引入激光束扫描时的1.52%提高至2.03%，对应的奥氏体相含量由4.7%增加至10.1%．同时，激光束扫描行为降低了熔池温度梯度，有利于改善焊缝成形，热影响区粗晶区平均晶粒尺寸由4.92μm降为3.95μm，焊缝杯突测试中断裂位置由熔合线转向母材，且杯突值由4.82 mm提升至5.89 mm，提升幅度达22%．相关研究将对以后马氏体不锈钢焊接研究提供一定的理论指导，对扩大马氏体不锈钢的应用领域具有重要的推动作用．

关键词

激光-电弧复合焊接 / 扫描激光 / 元素分布 / 马氏体不锈钢 / 微观组织 / 力学性能

基金资助

天津市自然科学基金资助项目(21JCQNJC00520)