Lai veiktu daudzslāņu un vairāku gājienu, tika izmantota krusteniskās ortogonālās sakraušanas metode lāzera vadu apšuvums uz 20 mm biezas Q345B zema oglekļa tērauda plāksnes, un tika pētīta apšuvuma slāņa makroskopiskā morfoloģija, mikrostruktūra, fāzes sastāvs, mikrocietība un izturība pret koroziju. Rezultāti liecina, ka apšuvuma slānim, kas iegūts ar daudzslāņu un daudzkārtu lāzervadu pildīšanas procesu, ir laba makroskopiskā veidošanās un nav acīmredzamu defektu, piemēram, poru un plaisu; apšuvuma slānis galvenokārt sastāv no apšuvuma zona, pārklāšanās zona, fāzes maiņas ietekmētā zona, saplūšanas zona un siltuma ietekmētā zona; pamatmateriāla struktūra galvenokārt ir ferīts un perlīts, un apšuvuma slāņa mikrostruktūra galvenokārt ir ferīts, widmanstatten un martensīts; mikrostruktūras un graudu izmēra ietekmes dēļ apšuvuma slāņa cietība kopumā ir pakāpeniska, un apšuvuma slāņa vidējā cietība ir 320.13 HV, kas ir augstāka nekā pamatmateriāla cietība; 3.5% NaCl šķīdumā apšuvuma slāņa polarizācijas līkne parāda pasivācijas apgabalu, un tā izturība pret koroziju ir labāka nekā pamatmateriālam. Daudzslāņu un daudzkārtu lāzera stiepļu pildīšanas apšuvuma process var atbilst apšuvuma slāņu sagatavošanas prasībām faktiskajā inženierijā.
Atslēgvārdi: Q345B zema oglekļa satura tērauds; lāzera vadu apšuvums; krusteniski ortogonāla sakraušana; mikrostruktūra un īpašības

Attīstoties ekonomikai un sabiedrībai, manas valsts pieprasījums pēc jūras naftas un gāzes resursiem turpina pieaugt. Koncentrēšanās uz jūras resursu izpēti un attīstību ir praktiska nepieciešamība manas valsts naftas rūpniecības attīstībai [1-2]. Jūras inženierbūvju sarežģītās apkalpošanas vides dēļ tās ir vairāk pakļautas bojājumiem nekā tradicionālās konstrukcijas. Tāpēc kuģu inženiertehniskā aprīkojuma ikdienas apkope ir kļuvusi par galveno problēmu, kas steidzami jāatrisina [3]. Q345B tērauds ir mazleģēts augstas stiprības tērauds ar labām visaptverošām īpašībām un lielisku metināmību. To plaši izmanto jūras inženierzinātnēs un tiltu būvē [4].

Kā uzlabota aizsargpārklājuma un remonta pārklājuma tehnoloģija lāzera apšuvums nodrošina efektīvu gandrīz tīkla formas veidošanas procesu galveno detaļu augstas precizitātes remontam un pārklājumu sagatavošanai ar uzlabotām materiāla īpašībām [5]. Daudzslāņu un daudzkārtu apšuvuma procesā blakus esošo metināto šuvju siltuma ietekmes zonas pārklājas, veidojot zonas, kurās ir veikti divi vai vairāki termiskie cikli. Šo apgabalu mikrostruktūra ir īpaši sarežģīta [6], un procesa gaitā nepārtraukti mainās mikrostruktūras sastāva fāze, rekristalizācijas ātrums, nogulšņu skala un iekļaušanas morfoloģija [7]. Tāpēc daudzslāņu un daudzkārtu apšuvuma procesā apšuvuma zonā bieži vien ir vājās vietas, kuras lietošanas laikā var sabojāt. Piemēram, lietošanas laikā spiedtvertņu metināto savienojumu tuvumā bieži novērojama elektrolītiskā korozija un sprieguma korozija [8].

Wu et al. [9] izmantots lāzera apšuvuma tehnoloģija lai sagatavotu vienlaidu un blīvu Mo2NiB2 apšuvuma slāni uz tērauda pamatnes. Pārklājumam ir augsta cietība, laba nodilumizturība un izturība pret koroziju, tas uzlabo pamatnes veiktspēju un nodrošina drošu un stabilu kuģu inženiertehnisko iekārtu apkalpošanu. Li et al. [10] izmantoja lāzera vadu apšuvumu, lai salabotu 316L nerūsējošā tērauda virsmas sarūsējušās daļas, un ieguva daudzslāņu daudzkārtu apšuvuma slāni no 308L nerūsējošā tērauda. Pārklājums galvenokārt sastāv no austenīta un neliela daudzuma ferīta, ar stiepes izturību un pagarinājumu attiecīgi 548 MPa un 40%, kas ir aptuveni 86% un 74% no pamatnes.

Šajā dokumentā, lāzervadu apšuvuma tehnoloģija tiek izmantots Q345B lāzera pārklājuma slāņa sagatavošanai ar šķērsvirziena ortogonālu sakraušanu. Tiek pētīta daudzslāņu daudzkārtu apšuvuma slāņa makroskopiskā morfoloģija, mikrostruktūra, fāzes sastāvs, mikrocietība un izturība pret koroziju, kas dod pamatu jūras inženierbūvju remontam uz vietas.

1 Lāzervadu apšuvuma eksperiments

1.1. Eksperimentālie materiāli

Eksperimentālais substrāta materiāls ir Q345B oglekļa tērauds, bet stieples apšuvuma materiāls ir AFEW6-86 leģētā tērauda stieple ar diametru 1.2 mm. Abu ķīmiskais sastāvs ir parādīts 1. tabulā.

1.2 Daudzslāņu un daudzkārtu lāzervadu apšuvuma process
Faktiskajos inženiertehniskos lietojumos sagatavi darbības laikā ietekmēs spēki dažādos virzienos, tāpēc ir jāņem vērā anizotropijas ietekme. Lai samazinātu anizotropijas ietekmi, tiek plānots apšuvuma slāņa ceļš, vienā un tajā pašā slānī esošo metināto šuvju aditīvais virziens ir konsekvents, šuvju virzieni blakus esošajos kraušanas slāņos ir perpendikulāri viens otram, un slāņi ir vienādi. ortogonāls. Tās šķērs-ortogonālais sakraušanas ceļš ir parādīts 1. attēlā.

Apšuvuma eksperimenta laikā aizsarggāze ir tīra argona gāze ar gāzes tīrību 99.99%. Pirmkārt, tika veikts ortogonāls eksperiments, izmantojot viena slāņa vienas piegājiena apšuvuma metodi, lai izpētītu optimālos procesa parametrus vienvirziena apšuvumam; pēc tam tika izmantota daudzslāņu vienvirziena sakraušanas metode, lai pētītu pacelšanas augstuma starp slāņiem ietekmi uz metinājuma formēšanas kvalitāti, un tika iegūta daudzslāņu vienvirziena metināšana ar taisnu apšuvuma slāni un labu formēšanas efektu. Pamatojoties uz iepriekš minēto, tika pētīta dažādu pārklāšanās koeficientu ietekme uz apšuvuma slāņa veidošanās kvalitāti, un tika konstatēts, ka tad, kad pārklāšanās koeficients bija 40%, augstums starp katru apšuvuma slāņa gājienu bija relatīvi vienmērīgs. virsmas veidošanās bija salīdzinoši plakana, un metalurģiskā saite starp katru gājienu bija visspēcīgākā. Pacelšanas augstums starp eksperimentālajiem slāņiem ir 0.8 mm katram no pirmajiem diviem slāņiem un 0.7 mm katram nākamajam slānim. Konkrētie eksperimentālie parametri ir parādīti 2. tabulā.

1.3. Apšuvuma slāņa analīzes un testēšanas metode
Stiepļu griešana tika izmantota metalogrāfisko paraugu griešanai no sagatavotā daudzslāņu un daudzkārtu apšuvuma slāņa. Parauga virsma tika slīpēta pēc iestrādāšanas ar epoksīdsveķiem istabas temperatūrā. Pulēšanai tika izmantots dažāda raupjuma smilšpapīrs, līdz nepalika skrāpējumi. Pēc tam paraugs tika pulēts ar pulēšanas mašīnu, lai iegūtu metalogrāfisku parauga šķērsgriezumu ar spoguļa efektu. Paraugs tika korozēts ar 4% slāpekļskābes spirta šķīdumu, lai izkodinātu redzamo apšuvuma slāņa saskarni, noskalots ar spirtu un žāvēts, kā arī parauga mikrostruktūra tika novērota ar metalogrāfisko mikroskopu; apšuvuma slāņa fāzes sastāvs un evolūcija tika skenēta un analizēta diapazonā no 30°~100°, izmantojot rentgenstaru difrakcijas tehnoloģiju; veikta apšuvuma slāņa ķīmisko elementu analīze, izmantojot enerģijas spektrometru; dažādu apšuvuma slāņa šķērsgriezuma laukumu mikrocietības pārbaude veikta, izmantojot cietības testeri HVS-1000Z Vickers; apšuvuma slāņa un pamatmateriāla polarizācijas līknes un pretestības spektri tika pārbaudīti 3.5% NaCl šķīdumā, izmantojot VersaSTAT 3F elektroķīmisko darbstaciju ar piesātinātu kalomela elektrodu kā atsauces elektrodu un platīna elektrodu kā palīgelektrodu, un to izturību pret koroziju. tika salīdzināts un analizēts.

2 Eksperimentu rezultāti un analīze
2.1. Apšuvuma slāņa makromorfoloģiskā analīze
Lāzera stieples pildītais apšuvuma slānis tika sagatavots ar šķērs-ortogonālu kraušanas eksperimentu ar 29 (garums) × 15 (platums) × 12 slāņiem (augstums). Apšuvuma slānim ir labs veidojošs efekts, gluda virsma, nav makro defektu, piemēram, plaisas un nesakausēti, un acīmredzams vertikālais augstums. Apšuvuma slāņa makroskopiskā morfoloģija ir parādīta 2. attēlā. Daudzslāņu daudzkārtu lāzervadu apšuvuma eksperimenta laikā pēdējā slāņa apšuvuma process radīs pārkausēšanas reakciju uz iepriekšējo apšuvuma slāni, kā rezultātā plūsma uz leju plkst. apšuvuma slāņa mala. Tajā pašā laikā apšuvuma procesā, pateicoties noteiktai aizkavēšanai lāzera gaismas izvades sākuma un beigu instrukcijās, apšuvuma slāņa malas augstums būs nedaudz zemāks par vidējo daļu.

3. attēlā parādīta daudzslāņu daudzkārtu lāzera apšuvuma slāņa šķērsgriezuma morfoloģija. Netika atrasti nekādi defekti, piemēram, poras, plaisas un ieslēgumi. Starp apšuvuma metālu un pamatmateriālu izveidojās blīva metalurģiskā saite. Bija acīmredzams vertikālais augstums, un apšuvuma slāņa biezums bija 11.5 mm.

2.2. Apšuvuma slāņa mikrostruktūras analīze
Metināšanas baseina dzesēšana ir fāzes maiņas process, un fāzes maiņas mikrostruktūra ir atkarīga no metinātā metāla ķīmiskā sastāva un dzesēšanas apstākļiem [11]. Katra apšuvuma slāņa zonas mikrostruktūra tika novērota, izmantojot metalogrāfisko mikroskopu, kā parādīts 4. attēlā. Apšuvuma slānis ietver apšuvuma zonu (apšuvuma zonu, CZ), pārklājuma zonu (pārklāta zona, OZ), fāzi. pārejas ietekmētā zona (fāzes pārejas ietekmētā zona, PAZ), saplūšanas zona (sintēzes zona, FZ), siltuma ietekmētā zona (karstuma ietekmētā zona, HAZ) un parastais metāls (parastais metāls, BM) [12]. Parastā metāla mikrostruktūra galvenokārt sastāv no ferīta un neliela daudzuma perlīta. Galvenais elements Mn, kas pievienots Q345B tēraudam, ne tikai būtiski stiprina ferītu, bet arī samazina stingrības-trausluma pārejas temperatūru, palielina perlīta daudzumu un uzlabo perlīta izturību.

Attēlā 4 (a) parādīta apšuvuma zonas mikrostruktūra apšuvuma slāņa iekšpusē, kas sastāv no līstes un adatveida ferīta, widmanstatten un neliela daudzuma latas martensīta. Atšķirīgo slāņu dēļ katrs apšuvuma slānis radīs rūdīšanas efektu uz iepriekšējo slāni, kā rezultātā tiks nodrošināta vienmērīga graudu rafinēšana un skaidras graudu robežas; Attēlā 4 (b) un (b-1) parādīta saplūšanas zonas mikrostruktūra, kas sastāv no ferīta un widmanstatten ar nevienmērīgu graudu sadalījumu; Attēlā 4 (d) parādīta divu metinājumu pārklāšanās zonas mikrostruktūra apšuvuma slāņa iekšpusē. Spilgtais laukums attēlā ir saplūšanas līnija starp abām šuvēm. Dzesēšanas procesā izkusušais baseins veidos kolonnu ferītu siltuma izkliedes virzienā. Tāpēc šo apgabalu galvenokārt veido kolonnveida ferīts un neliels daudzums perlīta, kā parādīts 4. attēlā (d-1). Pateicoties dubultajai termiskajai iedarbībai, pārklāšanās zonai ir vienmērīga graudu izsmalcinātība; 4. attēls (d-2) ir fāzes transformācijas ietekmētā zona, kas galvenokārt sastāv no ferīta un Vidmanštatena. Fāzes transformācijas siltuma ietekmē šī laukuma graudu izmērs ir nedaudz lielāks nekā pārklāšanās laukumam; 4. attēlā (e-1) ir siltuma ietekmētās zonas mikrostruktūra. Metināšanas procesā apakšējā apšuvuma zona tiek rūdīta, kas padara šīs zonas struktūru rafinētu un graudu sadalījumu vienmērīgu. Tas galvenokārt sastāv no smalkgraudaina ferīta un neliela daudzuma perlīta. Smalki graudains ferīts ir pārveides produkts starp ferītu un bainītu. Tā ir labvēlīga mikrostruktūra metināšanas metalurģiskajā procesā [11].

5. attēlā ir pēdējā apšuvuma slāņa mikrostruktūra. Šis slānis netiek pakļauts lāzera sekundārajai karsēšanai. Salīdzinot ar citiem slāņiem, tas var saglabāt sākotnējo struktūras morfoloģiju. Tā graudu izmērs ir vienāds un struktūra ir blīva. Tas galvenokārt sastāv no ferīta, Widmanstatten un līstes martensīta.

2.3. Apšuvuma slāņa XRD un EDS analīze
Lai analizētu lāzera pārklājuma slāņa fāzes sastāvu, ar stieples griešanu tika izgriezts paraugs ar izmēru 10 mm × 10 mm × 8 mm, un pēc slīpēšanas un pulēšanas tika veikta rentgenstaru difrakcijas testa analīze. 6. attēlā parādīts daudzslāņu daudzkārtu lāzera apšuvuma slāņa un pamatmateriāla XRD spektrs. Apvienojot mikrostruktūras un XRD spektra rezultātus, redzams, ka apšuvuma slānis galvenokārt sastāv no liela daudzuma ferīta, daļas martensīta un widmanstatenīta, un citas kaitīgas fāzes neparādās. Tā kā lāzera apšuvuma izkausētā baseina dzesēšanas procesā veidosies kolonnu ferīts, apšuvuma slānis satur lielu daudzumu ferīta. Ja metināšanas procesā lāzera siltuma padeve ir liela, apšuvuma slāņa mikrostruktūra zināmā mērā kļūs rupja un palielinās graudu izmērs. Šajā laikā struktūra izskatīsies pārkarsēta widmanstattenite un latas martensīts, un abas struktūras ir sadalītas.

Ķīmiskais sastāvs tika analizēts ar punktu skenēšanu dažādās parauga šķērsgriezuma pozīcijās. Punktu skenēšanas pozīcijas ir parādītas 7. attēlā, bet dažādu apgabalu EDS analīzes rezultāti ir parādīti 3. tabulā. Tā kā metināšanas stieplē ir liels Cr un Ni elementu saturs, apšuvuma slāņa Cr un Ni saturs ir ievērojami lielāks. augstāka nekā pamatmateriālam, padarot apšuvuma slāņa izturību pret koroziju labāku nekā pamatmateriālam.

2.4. Apšuvuma slāņa mikrocietības analīze
Tika izmērīta parauga mikrocietība. Pārbaudes laikā slodze bija 1000 g, turēšanas laiks 10 s, mērījumu ceļš bija pa virzienu no pamatmateriāla līdz apšuvuma zonai, un intervāls starp diviem blakus esošajiem paraugu ņemšanas punktiem bija 1 mm. Mikrocietības sadalījums no pamatmateriāla līdz apšuvuma laukumam ir parādīts 8. attēlā. Pamatmateriāla vidējā mikrocietība ir 172.02 HV, bet apšuvuma slāņa vidējā mikrocietība ir 320.13 HV. Pēdējā apšuvuma slāņa mikrostruktūra satur lielu daudzumu ferīta, widmanstatenīta un nedaudz latas martensīta un perlīta. Šīs mikrostruktūras zonas cietības vērtība ir visaugstākā, kas ir 325.92 HV. Apšuvuma slāņa vidējā cietība ir daudz augstāka nekā pamatmateriālam, kas atbilst remontizturības prasībām. Kā parādīts 8. attēlā, apšuvuma zonas cietība parasti ir sadalīta pakāpeniski. Tas ir tāpēc, ka daudzslāņu un daudzkārtu lāzerstiepļu pildīšanas procesā katram apšuvuma slānim veidošanās procesā būs pēckarsēšanas rūdīšanas efekts uz iepriekšējo slāni, bet uz nākamo slāni - priekšsildīšanas efekts. Pēdējam apšuvuma slānim ir priekšsildīšanas efekts bez pēckarsēšanas rūdīšanas, kas veicina vienmērīgu graudu rafinēšanu un būtiski uzlabo cietību.

2.5. Apšuvuma slāņa korozijas izturības analīze
Lielākā daļa metālu korozijas tiek veikta elektroķīmiskās korozijas veidā, un korozijas procesu pavada strāvas ģenerēšana, tāpat kā primārajam akumulatoram [13-14]. Lai pārbaudītu daudzslāņu un daudzkārtu apšuvuma slāņa elektroķīmiskās korozijas veiktspēju, paraugs tika ievietots 3.5, XNUMX% NaCl šķīdumā, lai pārbaudītu tā Tafel polarizācijas līkni un pretestības spektru.

Apšuvuma slāņa un pamatmateriāla polarizācijas līknes ir parādītas 9. attēlā. Redzams, ka apšuvuma slāņa polarizācijas līknei ir pasivācijas apgabals, kas norāda, ka apšuvuma slāņa virsmas laikā veidojas blīva oksīda plēve. korozijas process. Tādi elementi kā Cr, Ni un Si oksīda plēvē uzlabo pasivācijas stabilitāti, kavē jonu difūziju un uzlabo izturību pret koroziju. Apšuvuma slāņa un pamatmateriāla paškorozijas potenciāls Ecorr un paškorozijas strāvas blīvums Icorr tiek iegūti ar datu saskaņošanu, kā parādīts 4. tabulā. Metāla paškorozijas potenciāls Ecorr elektrolīta šķīdumā atspoguļo tā jutību pret korozija un ir materiāla izturības pret elektroķīmisko koroziju indikators. Jo mazāks ir paškorozijas potenciāls, jo vieglāk metāls zaudē elektronus un jo vājāka ir tā izturība pret koroziju; jo lielāks ir paškorozijas potenciāls, jo grūtāk metālam ir zaudēt elektronus un jo spēcīgāka ir tā izturība pret koroziju[14]. Kā redzams 4. tabulā, apšuvuma slāņa paškorozijas potenciāls ir lielāks nekā pamatmateriālam, kas liecina, ka apšuvuma slānim ir spēcīga korozijas izturība. Paškorozijas strāvas blīvums Icorr ir proporcionāls korozijas ātrumam. Jo lielāka ir korozijas strāva, jo ātrāks materiāla korozijas ātrums un sliktāka izturība pret koroziju. Kā redzams no 4. tabulas datiem, pamatmateriāla paškorozijas strāva ir lielāka nekā apšuvuma slānim, kas liecina, ka pamatmateriāla izturība pret koroziju ir slikta. Līdz ar to, salīdzinot paškorozijas potenciāla un paškorozijas strāvas lielumu, var secināt, ka apšuvuma slāņa korozijas izturība ir labāka nekā pamatmateriālam.

Apšuvuma slānis un pamatmateriāls tika pārbaudīti ar pretestības spektroskopiju (EIS), un abu paraugu impedances spektra Nyquist diagrammas ir parādītas 10. attēlā. Z' un Z" ir attiecīgi izmērītās pretestības Z reālās un iedomātās daļas. . Gan apšuvuma slānim, gan pamatmateriālam ir viens kapacitatīvā loka raksturlielums. Jo lielāks ir kapacitatīvā loka rādiuss, jo lielāka ir parauga kopējā pretestība un spēcīgāka izturība pret koroziju. Kā parādīts 10. attēlā, apšuvuma slāņa kapacitatīvā loka rādiuss ir ievērojami lielāks nekā pamatmateriālam. Tāpēc apšuvuma slāņa polarizācijas pretestība ir lielāka, kas norāda, ka apšuvuma slāņa korozijas ātrums ir mazāks un izturība pret koroziju ir spēcīgāka, kas atbilst dinamiskās potenciāla polarizācijas līknes rezultātiem.

Rezumējot, apšuvuma slāņa izturība pret koroziju ir labāka nekā pamatmateriālam. Pirmkārt, apšuvuma materiālam tiek izmantota AFEW6-86 metināšanas stieple, kurai ir augstāks Cr un Ni saturs nekā pamatmateriālam, lai apšuvuma slānim būtu augstāka oksidācijas izturība un izturība pret koroziju. Korozīvā vidē, Cr reaģējot ar O elementiem, uz virsmas izveidosies korozijizturīgas oksīda plēves slānis, kas atdalīs metāla virsmu no korozīvās vides, samazinās anoda šķīšanas procesu un samazinās šķīdību. apšuvuma metāla ātrumu, tādējādi uzlabojot apšuvuma slāņa izturību pret koroziju. Ir uzlabota izturība pret koroziju[15-16]. Otrs iemesls ir tas, ka graudu lieluma sadalījums apšuvuma slānī ir vienmērīgāks, jo palielinās siltuma padeve.

3 Secinājums
(1) Apšuvuma slānis, kas iegūts ar daudzslāņu un daudzkārtu pāreju lāzera stieples metināšanas process ir laba makroskopiskā veidošanās, nav acīmredzamu defektu, piemēram, poru un plaisu, un starp apšuvuma slāni un pamatmateriālu veidojas laba metalurģiskā saite. Ir ievērojama vertikāla pāļa, un apšuvuma slāņa biezums ir 11.5 mm.
(2) Apšuvuma slānis galvenokārt sastāv no ferīta, widmanstatten un līstes martensīta. Cr un Ni saturs apšuvuma slānī ir augstāks nekā pamatmateriālā. Cr un Ni elementi uzlabo pasivācijas plēves stabilitāti, kavē jonu difūziju un uzlabo apšuvuma slāņa oksidācijas izturību un izturību pret koroziju. Turklāt, palielinoties siltuma padevei, graudu izmēra sadalījums apšuvuma slānī ir vienmērīgāks, tāpēc apšuvuma slāņa izturība pret koroziju ir labāka nekā pamatmateriālam.
(3) Pamatmateriāla vidējā cietība ir 172.02 HV, un apšuvuma slāņa vidējā cietība ir 320.13 HV, apšuvuma slāņa cietība ir daudz augstāka nekā pamatmateriāla cietība. Mikrostruktūras un graudu izmēra ietekmes dēļ apšuvuma laukuma cietība kopumā parāda pakāpenisku sadalījuma tendenci.