引言

隨著稀有金屬鎳、鉬、釩等價(jià)格的上漲，奧氏體不銹鋼的應(yīng)用和發(fā)展面臨成本問題，并且奧氏體不銹鋼的焊接接頭易出現(xiàn)晶間腐蝕、縫隙腐蝕和點(diǎn)蝕等問題，而影響其使用性能。鐵素體不銹鋼(Ferrite Stainless Steel，簡稱FSS)相對奧氏體不銹鋼來說，不含鎳成分，且具有優(yōu)良的耐高溫氧化和氯化物腐蝕的性能，其低的成本，小的線膨脹系數(shù)小和優(yōu)良的耐熱疲勞性能，使得鐵素體不銹鋼可在多種腐蝕介質(zhì)環(huán)境下替代奧氏體不銹鋼使用。但由于鐵素體不銹鋼在焊接過程中不發(fā)生相變，晶粒在加熱后會發(fā)生顯著長大，因而采用傳統(tǒng)的焊接方法會導(dǎo)致其焊接接頭晶粒的嚴(yán)重粗化，從而引起接頭脆化、接頭裂紋等問題，嚴(yán)重影響其使用性能。因此，有必要尋找新的焊接方法解決上述問題，滿足其使用性能。

激光焊接作為高效、環(huán)保的焊接方式，近年來受到越來越多的重視。激光焊與傳統(tǒng)的MIG焊相比，具有高能量密度和小光斑尺寸的特點(diǎn)，因此在焊接過程中具有輸入的熱輸入小、焊接速度快、深寬比大和焊接變形小等優(yōu)點(diǎn)，故其焊接熔化區(qū)體積小于MIG焊，熔池暴露于氧化環(huán)境里的表面積也因此而大大減小。另外，激光焊接速度比MIG焊快2-3倍，熔池暴露于氧化環(huán)境的時(shí)間也可以大大縮短，加之激光焊的熱影響區(qū)很小，使熱影響區(qū)受熱產(chǎn)生的危害程度可降至最低。

目前最常用的激光焊接方法為激光自熔焊接，焊接過程中并不填充焊絲，只通過對母材的加熱熔化從而凝固形成接頭。激光自熔焊焊接過程中會導(dǎo)致母材中一些合金成分的蒸發(fā)，從而導(dǎo)致接頭成形不良，甚至產(chǎn)生裂紋和氣孔等缺陷。另外，由于激光聚焦光斑很小，因而激光自熔焊對接頭裝配間隙和錯(cuò)邊量要求非常高，通常小于 0.1mm。激光填絲焊接技術(shù)可以解決以上激光自熔焊接的局限性，它是通過填充焊絲或焊料的方式，控制焊縫合金成分和改善接頭顯微組織，最終提高其使用性能。

主要研究了2mm厚430鐵素體不銹鋼鋼帶激光填絲焊的焊縫成形、組織和性能，以及相對于激光焊對焊縫性能和裝配要求的改善程度，為激光填絲焊接應(yīng)用于鐵素體不銹鋼鋼帶焊接提供理論支持。

1 試驗(yàn)材料、方法及設(shè)備

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為2mm厚430鐵素體不銹鋼鋼帶，鋼帶成品尺寸為12000×140×2 mm。采用對接連接方式焊接，試驗(yàn)前打磨試件邊緣，保證對接間隙均勻一致，并用丙酮清洗對接部位。填充焊絲為308LSi焊絲，直徑1.0 mm。母材和焊絲的化學(xué)成分如表1所示。

表1 430鐵素體不銹鋼的化學(xué)成分(wt.%)

1.2 試驗(yàn)方法

為對比激光填絲焊與激光自熔焊的區(qū)別，首先在保證對接裝配間隙小于0.1 mm的情況下進(jìn)行激光自熔焊試驗(yàn)。鋼帶原始狀態(tài)為成卷保存，如圖1所示，焊前需要通過切割獲得所需鋼帶長度，然后將鋼帶兩端拼接到一起進(jìn)行焊接形成焊縫。

由于激光自熔焊對焊接裝配要求很高，傳統(tǒng)的剪板機(jī)切割得到的鋼帶板材容易扭曲，拼接起來難以保證上、下表面獲得一致的拼縫間隙，為獲得高質(zhì)量的工件拼縫，保證拼縫間隙和錯(cuò)邊量均控制在0.1mm以內(nèi)，焊前采用激光切割設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的剪板機(jī)切割鋼帶，然后進(jìn)行激光焊接。

分別在0.1mm和0.3mm對接間隙下進(jìn)行激光填絲焊焊接試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中，焊絲伸出長度約10-15mm。送絲落點(diǎn)位于激光光斑二分之一處，即一部分激光作用在母材上，一部分作用在焊絲上。激光離焦量f取+10mm，此時(shí)光斑直徑約1.1mm，略大于焊絲直徑。利用旁軸吹送氬氣進(jìn)行焊縫表面保護(hù)，氣體流量為25L/min。采用前置送絲，送絲角度θ(焊絲與激光束的夾角)為45o。

送絲速度可以根據(jù)需填充的間隙和焊接速度來確定。為獲得均勻一致的焊縫成形，送絲速度可以根據(jù)焊絲填充量等于所填充間隙的體積來確定。即

綜合考慮，優(yōu)化的激光自熔焊和激光填絲焊焊接工藝參數(shù)見表2。