De cross ortogonale stapelmetoade waard brûkt om multi-laach en multi-pass út te fieren laser wire cladding op in 20 mm dikke Q345B lege koalstof stielen plaat, en de makroskopyske morfology, microstructure, faze gearstalling, microhardness en corrosie ferset fan de cladding laach waard studearre. De resultaten litte sjen dat de cladding laach krigen troch de multi-laach en multi-pass laser wire filling proses hat goede makroskopyske formaasje en gjin dúdlike mankeminten lykas poaren en skuorren; de bekledingslaach is benammen gearstald út cladding sône, oerlaap sône, faze feroaring beynfloede sône, fúzje sône en waarmte beynfloede sône; de âlder materiaal struktuer is benammen ferrite en pearlite, en de cladding laach mikrostruktuer is benammen ferrite, widmanstatten en martensite; troch de ynfloed fan mikrostruktuer en nôt grutte, de hurdens fan 'e cladding laach is algemien stapte, en de gemiddelde hurdens fan' e cladding laach is 320.13 HV, dat is heger as dy fan it âlder materiaal; yn 3.5% NaCl oplossing, de polarisaasje kromme fan de cladding laach toant in passivation regio, en syn corrosie ferset is better as dy fan it âlder materiaal. It multi-laach en multi-pass laser wire filling cladding proses kin foldwaan oan de tarieding easken fan cladding lagen yn eigentlike engineering.
Keywords: Q345B lege koalstof stiel; laser wire cladding; cross ortogonale stapeling; mikrostruktuer en eigenskippen

Mei de ûntwikkeling fan 'e ekonomy en maatskippij bliuwt de fraach fan myn lân nei marine oalje- en gasboarnen tanimme. Fokus op de ferkenning en ûntwikkeling fan marine boarnen is in praktyske needsaak foar de ûntwikkeling fan myn lân syn petroleum yndustry [1-2]. Fanwegen de komplekse tsjinstomjouwing fan marine-technyske struktueren binne se gefoeliger foar skea dan tradisjonele struktueren. Dêrom is it deistich ûnderhâld fan apparatuer foar marine-technyk in wichtich probleem wurden dat driuwend moat wurde oplost [3]. Q345B stiel is in lege-legering hege-sterkte stiel mei goede wiidweidige eigenskippen en poerbêst weldability. It wurdt in protte brûkt yn marine engineering en brêgebou [4].

As in avansearre beskermjende en reparaasje coating technology, laser cladding jout in effisjint near-net-foarm foarmjen proses foar hege-precision reparaasje fan wichtige dielen en tarieding fan coatings mei avansearre materiaal eigenskippen [5]. Tidens de multi-laach en multi-pass cladding proses oerlaapje de waarmte beynfloede sônes fan oanswettende welds, foarmje gebieten dy't hawwe ûndergien twa of mear termyske syklusen. De mikrostruktuer fan dizze gebieten is benammen kompleks [6], en de mikrostruktuer gearstalling faze, rekristallisaasje rate, delslach skaal en ynklúzje morfology feroarje kontinu yn it proses [7]. Dêrom, tidens it proses fan multi-laach en multi-pass beklaaiïng, binne d'r faak swakke punten yn 'e beklaaiïnggebiet, dy't gefoelich binne foar mislearring by gebrûk. Bygelyks, elektrolytyske corrosie en stress corrosie wurde faak waarnommen tichtby de laske gewrichten fan drukfetten tidens gebrûk [8].

Wu et al. [9] brûkt laser cladding technology om in trochgeande en dichte Mo2NiB2-beklaaiïng te meitsjen op in stielen substraat. De coating hat hege hurdens, goede wear ferset en corrosie ferset, ferbetteret de prestaasjes fan it substraat, en soarget foar de feilige en stabile tsjinst fan marine engineering apparatuer. Li et al. [10] brûkt laser wire cladding te reparearjen de corroded dielen fan 316L RVS oerflak en krige in multi-laach multi-pass beklaaiïng laach fan 308L RVS. De coating is benammen gearstald út austenite en in lyts bedrach fan ferrite, mei in treksterkte en ferlinging fan respektivelik 548MPa en 40%, dat is sa'n 86% en 74% fan it substraat.

Yn dit papier, laser wire cladding technology wurdt brûkt om ta te rieden Q345B laser cladding laach troch cross ortogonale Stacking. De makroskopyske morfology, mikrostruktuer, fazekomposysje, mikrohardheid en korrosjebestriding fan 'e multi-layer multi-pass cladding laach wurde bestudearre, dy't in basis biedt foar de reparaasje fan marine engineering struktueren op it terrein.

1 Laser wire cladding eksperimint

1.1 Eksperimintele materialen

De eksperimintele substraat materiaal is Q345B koalstof stiel, en de tried cladding materiaal is AFEW6-86 alloy stielen tried mei in diameter fan 1.2 mm. De gemyske komposysjes fan de twa wurde werjûn yn Tabel 1.

1.2 Multi-laach en multi-pass laser wire cladding proses
Yn eigentlike yngenieurapplikaasjes sil it wurkstik wurde beynfloede troch krêften yn ferskate rjochtingen by operaasje, sadat de ynfloed fan anisotropy moat wurde beskôge. Om de ynfloed fan anisotropy te ferminderjen, wurdt it paad fan 'e bekledingslaach pland, de additive rjochting fan' e welds yn deselde laach is konsekwint, de rjochtingen fan 'e welds yn neistlizzende stapellagen steane perpendiculêr op elkoar, en de lagen binne ortogonaal. It cross-ortogonale stapelpaad wurdt werjûn yn figuer 1.

By it bekledingseksperimint is it skermgas suver argongas mei in gassuverheid fan 99.99%. Earst, in ortogonale eksperimint waard útfierd mei help fan in single-laach single-pass cladding metoade te ferkennen de optimale proses parameters foar single-pass cladding; doe, in multi-laach single-pass stacking metoade waard brûkt om te bestudearjen de ynfloed fan it opheffen hichte tusken lagen op de weld foarmjen kwaliteit, en in multi-laach single-pass weld mei in rjochte cladding laach en goede foarmjen effekt waard krigen. Op grûn fan it boppesteande waard de ynfloed fan ferskate oerlapingsraten op 'e foarmjende kwaliteit fan' e bekledingslaach studearre, en it waard fûn dat as de oerlaapfrekwinsje 40% wie, de hichte tusken elke trochgong fan 'e bekledingslaach relatyf unifoarm wie, it oerflak formaasje wie relatyf flak, en de metallurgyske bonding tusken elke pass wie de sterkste. De lifthichte tusken de eksperimintele lagen is 0.8 mm foar elk fan 'e earste twa lagen en 0.7 mm foar elk fan 'e folgjende lagen. De spesifike eksperimintele parameters wurde werjûn yn Tabel 2.

1.3 Analyse en testmetoade fan bekledingslaach
Draadsnijden waard brûkt om metallografyske monsters te snijen fan 'e tariede multi-laach en multi-pass cladding laach. It monster oerflak waard grûn nei't ynbêde mei epoksy hars by keamertemperatuer. Skuurpapier fan ferskillende rûchheid waard brûkt om te poetsjen oant gjin krassen oerbleaun binne. Dêrnei waard it probleem gepolijst mei in polystmasjine om in metallografyske stekproef te krijen mei in spegeleffekt. De stekproef waard corroded mei 4% salpeterzuur alkohol oplossing te etsen út de sichtbere cladding laach ynterface, spoeld mei alkohol en blaasd droech, en de mikrostruktuer fan de stekproef waard waarnommen mei in metallografyske mikroskoop; de faze gearstalling en evolúsje fan de cladding laach waarden skansearre en analysearre yn it berik fan 30 ° ~ 100 ° mei help fan X-ray diffraction technology; de gemyske elemint analyze fan de beklaaiïng laach waard útfierd mei help fan in enerzjy spektrometer; de microhardness fan ferskate gebieten fan de cladding laach dwerstrochsneed waard hifke mei help fan in HVS-1000Z Vickers hurdens tester; de polarisaasjekurven en impedânsjespektra fan 'e bekledingslaach en it memmemateriaal waarden hifke yn in 3.5% NaCl-oplossing mei in VersaSTAT 3F elektrogemyske wurkstasjon mei in verzadigde kalomelelektrode as de referinsjeelektrode en in platinaelektrode as de helpelektrode, en har korrosjebestriding. waard fergelike en analysearre.

2 Eksperimintele resultaten en analyze
2.1 Makromorfology analyze fan cladding laach
De laser wire-folle cladding laach waard taret troch in cross-ortogonale stapeling eksperimint fan 29 (lingte) × 15 (breedte) × 12 lagen (hichte). De cladding laach hat in goede foarmjende effekt, in glêd oerflak, gjin makro defekten lykas skuorren en unfused, en fanselssprekkend fertikale hichte. De makroskopyske morfology fan de beklaaiïng laach wurdt werjûn yn figuer 2. Tidens de multi-laach multi-pass laser wire beklaaiïng eksperimint, it beklaaiïng proses fan de lêste laach sil produsearje in remelting reaksje op 'e foarige beklaaiïng laach, resultearret yn in delstreaming by de râne fan de bekleding laach. Tagelyk, tidens it beklaaiïngproses, troch in bepaalde fertraging yn 'e begjin- en einynstruksjes fan' e laserljochtútfier, sil de hichte fan 'e râne fan' e beklaailaach wat leger wêze as it middelste diel.

figuer 3 toant de dwerstrochsneed morfology fan de multi-laach multi-pass laser cladding laach. Gjin defekten lykas poaren, barsten en ynklúzjes waarden fûn. In dichte metallurgyske bân waard foarme tusken it bekledingsmetaal en it basismateriaal. Der wie dúdlik fertikale hichte, en de dikte fan de cladding laach wie 11.5 mm.

2.2 Mikrostruktuer analyze fan cladding laach
De koeling fan de welding pool is in faze feroaring proses, en de mikrostruktuer fan de faze feroaring hinget ôf fan de gemyske gearstalling en cooling betingsten fan de weld metaal [11]. De mikrostruktuer fan elk gebiet fan 'e bekledingslaach waard waarnommen mei in metallografyske mikroskoop, lykas werjûn yn figuer 4. De bekledingslaach omfettet de beklaaisône (beklaaide sône, CZ), de overlaysône (ovelapped sône, OZ), de faze oergong troffen sône (fase-oergong troffen sône, PAZ), de fúzje sône (fúzje sône, FZ), de waarmte troffen sône (waarmte troffen sône, HAZ) en it basismetaal (basismetaal, BM) [12]. De basismetaalmikrostruktuer is benammen gearstald út ferrit en in lyts bedrach fan pearlit. It wichtichste elemint Mn tafoege oan Q345B stiel hat net allinnich in signifikante fersterkjen effekt op ferrite, mar ek ferleget de taaiheid-broosheid oergong temperatuer, fergruttet it bedrach fan pearlite, en ferbetteret de sterkte fan pearlite.

figuer 4 (a) toant de mikrostruktuer fan de cladding gebiet binnen de cladding laach, dat is gearstald út lath en needle-shaped ferrite, widmanstatten en in lyts bedrach fan lath martensite. Troch de ferskillende lagen sil eltse cladding laach produsearje in tempering effekt op de foarige laach, resultearret yn unifoarm nôt ferfining en dúdlik nôt grinzen; Figuren 4 (b) en (b-1) toant de mikrostruktuer fan de fúzje gebiet, dat is gearstald út ferrite en widmanstatten mei oneffen nôt ferdieling; Figuer 4 (d) toant de mikrostruktuer fan it oerlaapgebiet fan twa welds binnen de beklaaiïng. De heldere gebiet yn 'e figuer is de fúzje line tusken de twa welds. Tidens it koelingsproses sil it smelte swimbad kolomferryt foarmje lâns de rjochting fan 'e waarmtedissipaasje. Dêrom is dit gebiet benammen gearstald út columnar ferrite en in lyts bedrach fan pearlite, lykas werjûn yn figuer 4 (d-1). Troch de dûbele termyske aksje hat it oerlaapgebiet unifoarme nôtferfining; Figure Figure 4 (d-2) is de faze transformaasje troffen gebiet, dat is benammen gearstald út ferrite en Widmanstatten. Troch de ynfloed fan fazetransformaasjewaarmte is de korrelgrutte fan dit gebiet wat grutter as dy fan it oerlaapgebiet; Figuer 4 (e-1) is de mikrostruktuer fan 'e waarmte beynfloede sône. Tidens de welding proses, it legere cladding gebiet ûndergiet tempering, dat makket de struktuer fan dit gebiet ferfine en de nôt ferdieling unifoarm. It is benammen gearstald út fynkorrelige ferrite en in lyts bedrach fan pearlite. Fynkorrelige ferrite is in transformaasjeprodukt tusken ferrit en bainite. It is in foardielige mikrostruktuer yn it welding metallurgysk proses [11].

Figuer 5 is de mikrostruktuer fan de lêste beklaaiïng laach. Dizze laach wurdt net ûnderwurpen oan laser sekundêre ferwaarming. Yn ferliking mei oare lagen kin it de orizjinele struktuermorfology behâlde. De nôtgrutte is unifoarm en de struktuer is dicht. It is benammen gearstald út ferriet, Widmanstatten en latte martensite.

2.3 XRD en EDS analyze fan cladding laach
Om te analysearjen de faze gearstalling fan laser cladding laach, in stekproef mei in grutte fan 10 mm × 10 mm × 8 mm waard snije troch wire cutting, en X-ray diffraction test analyze waard útfierd nei slypjen en polearjen. figuer 6 toant de XRD spektrum fan multi-laach multi-pass laser cladding laach en âlder materiaal. It kombinearjen fan de mikrostruktuer en XRD spektrum resultaten, kin sjoen wurde dat de cladding laach is benammen gearstald út in grutte hoemannichte ferrite, in part fan martensite en widmanstattenite, en gjin oare skealike fazen ferskine. Sûnt columnar ferrite sil wurde foarme yn de cooling proses fan laser cladding smelte pool, de cladding laach befettet in grut bedrach fan ferrite. Wannear't de waarmte-ynfier fan 'e laser is grut yn' e weldingproses, sil de mikrostruktuer fan 'e bekledingslaach ta in beskate mjitte grouwe, en de nôtgrutte sil tanimme. Op dit stuit, de struktuer sil ferskine oververhitte widmanstattenite en lath martensite, en de twa struktueren wurde staggered.

De gemyske gearstalling waard analysearre troch punt skennen op ferskate posysjes fan de stekproef dwerstrochsneed. De punt skennen posysjes wurde werjûn yn figuer 7, en de EDS analyze resultaten fan ferskate gebieten wurde werjûn yn tabel 3. Troch de hege ynhâld fan Cr en Ni eleminten yn de welding tried, de Cr en Ni ynhâld fan de cladding laach is signifikant heger as dy fan it memmemateriaal, wêrtroch't de korrosjebestriding fan 'e bekledingslaach better is as dy fan it memmemateriaal.

2.4 Microhardness analyze fan cladding laach
De mikrohardheid fan it stekproef waard mjitten. Tidens de test, de lading wie 1000 g, de holding tiid wie 10 s, de mjitting paad wie lâns de rjochting fan it âlder materiaal nei de cladding gebiet, en it ynterval tusken twa neistlizzende sampling punten wie 1 mm. De microhardness ferdieling fan it âlder materiaal oan de cladding gebiet wurdt werjûn yn figuer 8. De gemiddelde microhardness fan it âlder materiaal is 172.02 HV, en de gemiddelde microhardness fan de cladding laach is 320.13 HV. De mikrostruktuer fan de lêste cladding laach befettet in grut bedrach fan ferrite, widmanstattenite en in lyts bedrach fan lath martensite en pearlite. De hurdenswearde fan dit mikrostruktuergebiet is de heechste, dat is 325.92HV. De gemiddelde hurdens fan 'e bekledingslaach is folle heger as dy fan it memmemateriaal, en foldocht oan' e easken fan reparaasjesterkte. Lykas werjûn yn figuer 8, de hurdens fan de cladding gebiet wurdt algemien ferdield yn in stap-like wize. Dit komt omdat yn it proses fan multi-laach en multi-pass laser wire filling, eltse cladding laach sil hawwe in post-heating tempering effekt op de foarige laach tidens de formaasje proses, en in preheating effekt op de folgjende laach. De lêste cladding laach hat in preheating effekt sûnder post-heating tempering, dy't befoarderet unifoarme nôt ferfining en gâns ferbetteret hurdens.

2.5 Analyse fan corrosie ferset fan cladding laach
De measte metalen korrosysje wurdt útfierd yn 'e foarm fan elektrogemyske korrosje, en it korrosjeproses wurdt begelaat troch de generaasje fan stroom, krekt as in primêre batterij [13-14]. Om de elektrogemyske korrosysjeprestaasjes fan 'e multi-layer en multi-pass cladding laach te testen, waard it eksimplaar yn in 3.5% NaCl-oplossing pleatst om syn Tafel-polarisaasjekromme en impedânsjespektrum te testen.

De polarisaasjekurven fan 'e bekledingslaach en it basismateriaal wurde werjûn yn figuer 9. It kin sjoen wurde dat de polarisaasjekurve fan 'e beklaaiingslaach in passiveringsregio hat, wat oanjout dat in tichte oksidefilm wurdt foarme op it oerflak fan 'e beklaaiingslaach tidens it corrosieproses. De eleminten lykas Cr, Ni, en Si yn 'e oksidefilm ferbetterje de passivaasjestabiliteit, hinderje de diffusion fan ioanen en ferbetterje de korrosjebestriding. De sels-corrosie potinsjeel Ecorr en sels-corrosie hjoeddeistige tichtheid Icorr fan de cladding laach en de basis materiaal wurde krigen troch gegevens fitting, lykas werjûn yn Tabel 4. De sels-corrosie potinsjeel Ecorr fan in metaal yn in electrolyte oplossing wjerspegelet syn gefoelichheid foar corrosie en is in yndikator fan it materiaal syn wjerstân tsjin elektrochemical corrosie. Hoe lytser it potinsjeel foar selskorrosje, hoe makliker it is foar it metaal om elektroanen te ferliezen en hoe swakker har korrosjebestriding; hoe grutter it potinsjeel foar selskorrosje, hoe dreger it is foar it metaal om elektroanen te ferliezen en hoe sterker it korrosjebestriding[14]. Sa't bliken docht út tabel 4, de sels-corrosie potinsjeel fan de cladding laach is heger as dy fan de basis materiaal, wat oanjout dat de cladding laach hat sterke corrosie ferset. De self-corrosie hjoeddeistige tichtheid Icorr is evenredich mei de corrosie taryf. Hoe grutter de korrosysjestroom, hoe flugger de korrosysjefrekwinsje fan it materiaal en hoe slimmer de korrosjebestriding. As kin sjoen wurde út de gegevens yn Tabel 4, de sels-corrosie hjoeddeistige fan de basis materiaal is heger as dy fan de cladding laach, wat oanjout dat de corrosie ferset fan de basis materiaal is min. Dêrom, troch it fergelykjen fan de grutte fan it selskorrosjepotinsjeel en de selskorrosjestroom, kin konkludearre wurde dat de korrosjebestriding fan 'e bekledingslaach better is as dy fan it basismateriaal.

De beklaaiïng laach en de basis materiaal waard hifke troch impedansspektroskopy (EIS), en de impedansspektrum Nyquist plots fan de twa gebrûk binne werjûn yn figuer 10. Z 'en Z' binne de echte en tinkbyldige dielen fan de mjitten impedance Z, respektivelik. . Sawol de bekledingslaach as it basismateriaal presintearje in inkele kapasitive bôgekarakteristyk. Hoe grutter de kapasityf bôgeradius, hoe grutter de totale impedânsje fan it stekproef en hoe sterker de korrosjebestriding. Lykas werjûn yn figuer 10, is de kapasitive arc radius fan de cladding laach gâns grutter as dy fan de basis materiaal. Dêrom is de polarisaasje ferset fan de cladding laach grutter, wat oanjout dat de corrosie taryf fan de cladding laach is leger en de corrosie ferset is sterker, dat is yn oerienstimming mei de resultaten fan de dynamyske potinsjele polarisaasje kromme.

Gearfetsjend, de corrosie ferset fan de beklaaiïng laach is better as dy fan de basis materiaal. Earst brûkt de beklaaiïng materiaal AFEW6-86 welding wire, dat hat hegere Cr en Ni ynhâld as de basis materiaal, sadat de beklaaiïng laach hat hegere oksidaasje ferset en corrosie ferset. Yn in korrosive omjouwing, as Cr reagearret mei O-eleminten, sil in laach fan korrosjebestindige oksidefilm op it oerflak wurde foarme, dy't it metalen oerflak sil skiede fan it korrosive medium, it ûntbiningsproses fan 'e anode ferminderje en de ûntbining ferminderje. taryf fan de cladding metaal, dus it ferbetterjen fan de corrosie ferset fan de cladding laach. De korrosjebestriding wurdt ferbettere [15-16]. De twadde reden is dat de nôtgrutte ferdieling yn de bekledingslaach unifoarmer is troch de tanimming fan waarmte.

3-konklúzje
(1) De cladding laach krigen troch de multi-laach en multi-pass laser wire welding proses hat goede makroskopyske formaasje, gjin dúdlike mankeminten lykas poaren en skuorren, en in goede metallurgyske bân wurdt foarme tusken de cladding laach en it âlder materiaal. D'r is in signifikante fertikale opstap, en de dikte fan 'e bekledingslaach is 11.5 mm.
(2) De cladding laach is benammen gearstald út ferrite, widmanstatten en lath martensite. De Cr- en Ni-ynhâld yn 'e bekledingslaach is heger as dy yn it memmemateriaal. Cr- en Ni-eleminten ferbetterje de stabiliteit fan 'e passiveringsfilm, hinderje de diffusion fan ioanen, en ferbetterje de oksidaasjebestriding en korrosjebestriding fan' e klaailaach. Dêrnjonken is troch de tanimming fan waarmteynput de nôtgrutte ferdieling yn 'e bekledingslaach unifoarmer, sadat de korrosjebestriding fan' e bekledingslaach better is as dy fan it memmemateriaal.
(3) De gemiddelde hurdens fan it âlder materiaal is 172.02HV, en de gemiddelde hurdens fan 'e cladding laach is 320.13HV, de hurdens fan' e cladding laach is folle heger as dy fan 'e âlder materiaal. Troch de ynfloed fan mikrostruktuer en korrelgrutte toant de hurdens fan it beklaaiïnggebiet in stap-like distribúsjetrend as gehiel.