Métode stacking cross ortogonal ieu dipaké pikeun ngalakukeun multi-lapisan jeung multi-pass cladding kawat laser dina 20 mm kandel Q345B pelat baja karbon low, sarta morfologi makroskopis, mikrostruktur, komposisi fase, microhardness sarta lalawanan korosi tina lapisan cladding diulik. Hasilna nunjukkeun yén lapisan cladding diala ku prosés keusikan kawat laser multi-lapisan sarta multi-pass boga formasi makroskopis alus tur euweuh defects atra kayaning pori sarta retakan; lapisan cladding utamana diwangun ku zona cladding, zona tumpang tindihna, zona kapangaruhan parobahan fase, zona fusi sareng zona anu kapangaruhan panas; struktur bahan indungna utamana ferrite na pearlite, sarta lapisan cladding microstructure utamana ferrite, widmanstatten na martensite; alatan pangaruh microstructure jeung ukuran sisikian, karasa lapisan cladding sakabéhna stepped, sarta karasa rata-rata lapisan cladding nyaeta 320.13 HV, nu leuwih luhur ti nu ti bahan indungna; dina 3.5% solusi NaCl, kurva polarisasi lapisan cladding nembongkeun wewengkon passivation, sarta lalawanan korosi na leuwih hade tinimbang nu ti bahan indungna. The multi-lapisan sarta multi-pass laser kawat keusikan prosés cladding bisa minuhan sarat persiapan lapisan cladding dina rékayasa sabenerna.
Konci: Q345B baja karbon low; cladding kawat laser; cross ortogonal stacking; mikrostruktur jeung sipat

Ku kamajuan ékonomi jeung masarakat, paménta nagara urang pikeun sumber minyak jeung gas laut terus ngaronjat. Fokus kana éksplorasi sareng pamekaran sumber daya laut mangrupikeun kabutuhan praktis pikeun pangwangunan industri minyak bumi nagara urang [1-2]. Kusabab lingkungan jasa kompléks struktur rékayasa laut, aranjeunna langkung rentan ka karusakan tibatan struktur tradisional. Ku alatan éta, pangropéa sapopoé pakakas rékayasa kelautan geus jadi masalah konci anu perlu direngsekeun urgently [3]. baja Q345B mangrupakeun baja low-alloy-kakuatan tinggi mibanda sipat komprehensif alus sarta weldability alus teuing. Hal ieu loba dipaké dina rékayasa laut jeung konstruksi sasak [4].

Salaku téknologi palapis pelindung sareng perbaikan canggih, cladding laser nyayogikeun prosés ngabentuk bentuk bersih-deukeut anu épisién pikeun perbaikan precision luhur bagian konci sareng persiapan palapis kalayan sipat bahan canggih [5]. Salila prosés cladding multi-lapisan jeung multi-pass, zona panas-kapangaruhan welds padeukeut tumpang tindih, ngabentuk wewengkon nu geus undergone dua atawa leuwih siklus termal. Struktur mikro wewengkon ieu utamana kompléks [6], sarta fase komposisi mikrostruktur, laju rekristalisasi, skala endapan jeung morfologi inklusi robah terus sapanjang prosés [7]. Ku alatan éta, salila prosés cladding multi-lapisan jeung multi-pass, mindeng aya titik lemah di wewengkon cladding, nu rawan gagal salila pamakéan. Salaku conto, korosi éléktrolitik sareng korosi setrés sering dititénan caket sambungan anu dilas tina pembuluh tekanan nalika dianggo [8].

Wu et al. [9] dipaké téhnologi cladding laser pikeun nyiapkeun lapisan cladding Mo2NiB2 kontinyu sareng padet dina substrat baja. palapis ngabogaan karasa tinggi, résistansi maké alus sarta lalawanan korosi, ngaronjatkeun kinerja substrat, sarta ensures layanan aman tur stabil tina parabot rékayasa laut. Li et al. [10] dipaké cladding kawat laser pikeun ngalereskeun bagian corroded tina 316L permukaan stainless steel sarta diala hiji multi-lapisan multi-pass cladding lapisan 308L stainless steel. Lapisan utamana diwangun ku austenite sarta jumlah leutik ferrite, kalawan kakuatan tensile na elongation of 548MPa jeung 40%, masing-masing, nu ngeunaan 86% jeung 74% tina substrat.

Dina tulisan ieu, téhnologi cladding kawat laser dipaké pikeun nyiapkeun lapisan cladding laser Q345B ku cross ortogonal stacking. Morfologi makroskopis, mikrostruktur, komposisi fase, microhardness sareng résistansi korosi tina lapisan multi-pass cladding multi-lapisan ditaliti, anu nyayogikeun dasar pikeun perbaikan dina situs struktur rékayasa laut.

1 percobaan cladding kawat laser

1.1 Bahan ékspérimén

Bahan substrat ékspérimén nyaéta baja karbon Q345B, sareng bahan cladding kawat nyaéta kawat baja alloy AFEW6-86 kalayan diaméter 1.2 mm. Komposisi kimia duanana dipidangkeun dina Tabel 1.

1.2 Multi-lapisan sarta multi-pass laser kawat prosés cladding
Dina aplikasi rékayasa sabenerna, workpiece bakal kapangaruhan ku gaya dina arah béda salila operasi, jadi pangaruh anisotropi perlu dianggap. Pikeun ngirangan pangaruh anisotropi, jalur lapisan cladding direncanakeun, arah aditif tina las dina lapisan anu sami konsisten, arah las dina lapisan tumpukan anu padeukeut jejeg saling, sareng lapisanna saling. ortogonal. Jalur stacking cross-ortogonal na dipidangkeun dina Gambar 1.

Salila percobaan cladding, gas shielding nyaéta gas argon murni kalawan purity gas 99.99%. Kahiji, hiji percobaan ortogonal ieu dilumangsungkeun maké hiji-lapisan metoda single-pass cladding pikeun neuleuman parameter prosés optimal pikeun single-pass cladding; lajeng, metoda multi-lapisan single-pass stacking ieu dipaké pikeun diajar pangaruh jangkungna ngangkat antara lapisan dina kualitas weld ngabentuk, sarta multi-lapisan single-pass weld kalawan lapisan cladding lempeng jeung pangaruh ngabentuk alus ieu dicandak. Dina dasar di luhur, pangaruh ongkos tumpang tindihna béda dina kualitas ngabentuk lapisan cladding ieu diulik, sarta kapanggih yén nalika laju tumpang tindihna éta 40%, jangkungna antara unggal pass of lapisan cladding éta kawilang seragam, formasi permukaan éta kawilang datar, jeung beungkeutan Metalurgi antara unggal pass éta neneng. Jangkungna angkat antara lapisan ékspérimén nyaéta 0.8 mm pikeun tiap dua lapisan kahiji sareng 0.7 mm pikeun tiap lapisan salajengna. Parameter ékspérimén husus dipidangkeun dina Tabél 2.

1.3 Analisis jeung métode nguji lapisan cladding
Kawat motong ieu dipaké pikeun motong sampel metallographic tina disusun multi-lapisan jeung multi-pass lapisan cladding. Beungeut sampelna digiling sanggeus diasupkeun ku résin epoksi dina suhu kamar. Amplas anu kasarna béda-béda dipaké pikeun ngagosok nepi ka euweuh goresan anu nyésakeun. Lajeng, sampel ieu digosok ku mesin polishing pikeun ménta bagian cross sampel metallographic kalawan éfék eunteung. Sampel ieu corroded kalawan 4% solusi alkohol asam nitrat pikeun etch kaluar panganteur lapisan cladding katempo, rinsed jeung alkohol jeung ditiup garing, sarta mikrostruktur sampel ieu observasi ku mikroskop metallographic; komposisi fase jeung évolusi lapisan cladding anu discan jeung dianalisis dina rentang 30 ° ~ 100 ° ngagunakeun téhnologi difraksi sinar-X; analisis unsur kimia tina lapisan cladding dipigawé maké spéktrométer énergi; microhardness wewengkon béda tina bagian cross lapisan cladding diuji ngagunakeun HVS-1000Z Vickers karasa tester; kurva polarisasi sareng spéktra impedansi lapisan cladding sareng bahan induk diuji dina larutan NaCl 3.5% nganggo workstation éléktrokimia VersaSTAT 3F kalayan éléktroda calomel jenuh salaku éléktroda rujukan sareng éléktroda platina salaku éléktroda bantu, sareng résistansi korosi na. ieu dibandingkeun jeung dianalisis.

2 Hasil ékspérimén jeung analisis
2.1 Analisis makromorfologi lapisan cladding
Lapisan cladding laser kawat-kaeusi ieu disiapkeun ku percobaan stacking cross-ortogonal 29 (panjang) × 15 (lebar) × 12 lapisan (jangkungna). Lapisan cladding boga pangaruh ngabentuk alus, permukaan lemes, euweuh defects makro kayaning retakan sarta unfused, sarta jangkungna nangtung atra. Morfologi makroskopis tina lapisan cladding ditémbongkeun dina Gambar 2. Salila multi-lapisan multi-pass laser kawat cladding percobaan, prosés cladding tina lapisan dimungkinkeun bakal ngahasilkeun réaksi remelting dina lapisan cladding saméméhna, hasilna aliran ka handap dina. ujung lapisan cladding. Dina waktu nu sarua, salila prosés cladding, alatan reureuh tangtu dina ngamimitian jeung tungtung parentah kaluaran lampu laser, jangkungna ujung lapisan cladding bakal rada handap ti bagian tengah.

angka 3 nembongkeun morfologi cross-sectional tina multi-lapisan multi-pass laser cladding lapisan. Teu aya cacad sapertos pori, retakan sareng inklusi anu kapendak. Beungkeut metalurgi anu padet kabentuk antara logam cladding sareng bahan dasar. Aya jangkungna nangtung atra, sarta ketebalan tina lapisan cladding éta 11.5 mm.

2.2 Analisis mikrostruktur lapisan cladding
The cooling tina kolam renang las mangrupakeun prosés robah fase, sarta mikrostruktur robah fase gumantung kana komposisi kimia jeung kaayaan cooling tina logam weld [11]. Mikrostruktur unggal wewengkon lapisan cladding dititénan maké mikroskop metallographic, ditémbongkeun saperti dina Gambar 4. Lapisan cladding ngawengku zona cladding (zona cladded, CZ), zona overlay (zona ovelapped, OZ), fase. zona kapangaruhan transisi (zona kapangaruhan transisi fase, PAZ), zona fusi (zona fusi, FZ), zona kapangaruhan panas (zona kapangaruhan panas, HAZ) jeung logam dasar (logam dasar, BM) [12]. Mikrostruktur logam dasar utamana diwangun ku ferrite sareng sajumlah leutik perlit. Unsur utama Mn ditambahkeun kana baja Q345B teu ngan miboga éfék strengthening signifikan dina ferrite, tapi ogé ngurangan hawa transisi kateguhan-brittleness, ngaronjatkeun jumlah pearlite, sarta ngaronjatkeun kakuatan pearlite.

angka 4 (a) nembongkeun microstructure wewengkon cladding jero lapisan cladding, nu diwangun ku lath sarta ferrite jarum ngawangun, widmanstatten sarta jumlah leutik lath martensite. Alatan lapisan béda, unggal lapisan cladding bakal ngahasilkeun éfék tempering dina lapisan saméméhna, hasilna Perbaikan sisikian seragam jeung wates sisikian jelas; angka 4 (b) jeung (b-1) nembongkeun microstructure wewengkon fusi, nu diwangun ku ferrite na widmanstatten kalawan distribusi sisikian henteu rata; Gambar 4 (d) nembongkeun mikrostruktur wewengkon tumpang tindihna dua welds jero lapisan cladding. Wewengkon caang dina gambar nyaéta garis fusi antara dua welds. Salila prosés cooling, kolam renang molten bakal ngabentuk ferrite columnar sapanjang arah dissipation panas. Ku alatan éta, wewengkon ieu utamana diwangun ku ferrite columnar sarta jumlah leutik pearlite, ditémbongkeun saperti dina Gambar 4 (d-1). Alatan aksi termal ganda, wewengkon tumpang tindihna boga Perbaikan sisikian seragam; Gambar Gambar 4 (d-2) nyaéta wewengkon kapangaruhan transformasi fase, nu utamana diwangun ku ferrite na Widmanstatten. Alatan pangaruh panas transformasi fase, ukuran sisikian wewengkon ieu rada leuwih badag batan wewengkon tumpang tindihna; Gambar 4 (e-1) nyaéta mikrostruktur zona anu kapangaruhan panas. Salila prosés las, wewengkon cladding handap ngalaman tempering, nu ngajadikeun struktur wewengkon ieu refined jeung distribusi gandum seragam. Ieu utamana diwangun ku ferrite fine-grained sarta jumlah leutik pearlite. Ferrite halus mangrupikeun produk transformasi antara ferit sareng bainit. Éta mikrostruktur mangpaat dina prosés metalurgi las [11].

Gambar 5 nyaéta mikrostruktur tina lapisan cladding panungtungan. Lapisan ieu henteu tunduk kana pemanasan sekundér laser. Dibandingkeun jeung lapisan séjén, éta bisa ngajaga morfologi struktur aslina. Ukuran sisikianna seragam sareng strukturna padet. Ieu utamana diwangun ku ferrite, Widmanstatten na lath martensite.

2.3 XRD na EDS analisis lapisan cladding
Dina raraga nganalisis komposisi fase lapisan cladding laser, sampel kalayan ukuran 10 mm × 10 mm × 8 mm ieu motong ku motong kawat, jeung analisis test difraksi sinar-X ieu dipigawé sanggeus grinding jeung polishing. angka 6 nembongkeun spéktrum XRD of multi-lapisan multi-pass laser cladding lapisan jeung bahan indungna. Ngagabungkeun microstructure sarta hasil spéktrum XRD, éta bisa ditempo yén lapisan cladding utamana diwangun ku jumlah badag ferrite, bagian tina martensite na widmanstattenite, sarta euweuh fase ngabahayakeun séjén muncul. Kusabab ferrite columnar bakal kabentuk dina prosés cooling of laser cladding molten kolam renang, lapisan cladding ngandung jumlah badag ferrite. Nalika input panas tina laser badag salila prosés las, anu microstructure tina lapisan cladding bakal coarsen ka extent tangtu, sarta ukuran sisikian bakal nambahan. Dina waktu ieu, struktur bakal muncul widmanstattenite overheated na lath martensite, jeung dua struktur anu staggered.

Komposisi kimia dianalisis ku scanning titik dina posisi béda tina bagian cross sampel. Posisi scanning titik ditémbongkeun dina Gambar 7, sarta hasil analisis EDS wewengkon béda ditémbongkeun dina Table 3. Alatan eusi tinggi Cr jeung elemen Ni dina kawat las, eusi Cr jeung Ni lapisan cladding nyata. leuwih luhur ti nu ti bahan indungna, sahingga lalawanan korosi tina lapisan cladding hadé ti éta tina bahan indungna.

2.4 Analisis Microhardness lapisan cladding
Microhardness sampel diukur. Salila tés, beban éta 1000 g, waktos nyepeng éta 10 s, jalur pangukuran éta sapanjang arah ti bahan indungna ka aréa cladding, sarta interval antara dua titik sampling padeukeut éta 1 mm. Sebaran microhardness tina bahan indungna ka aréa cladding ditémbongkeun dina Gambar 8. The microhardness rata bahan indungna nyaeta 172.02 HV, sarta microhardness rata lapisan cladding nyaeta 320.13 HV. Mikrostruktur tina lapisan cladding panungtungan ngandung jumlah badag ferrite, widmanstattenite sarta jumlah leutik lath martensite na pearlite. Nilai karasa wewengkon mikro ieu pangluhurna, nyaéta 325.92HV. Karasa rata-rata lapisan cladding langkung luhur tibatan bahan indungna, nyumponan sarat kakuatan perbaikan. Ditémbongkeun saperti dina Gambar 8, karasa wewengkon cladding umumna disebarkeun dina ragam hambalan-kawas. Ieu kusabab dina prosés multi-lapisan sarta multi-pass laser kawat keusikan, unggal lapisan cladding bakal boga pangaruh tempering pos-panas dina lapisan saméméhna salila prosés formasi, sarta pangaruh preheating dina lapisan salajengna. Lapisan cladding panungtungan miboga éfék preheating tanpa tempering pos-panas, nu promotes Perbaikan sisikian seragam tur nyata ngaronjatkeun karasa.

2.5 Analisis lalawanan korosi lapisan cladding
Kaseueuran korosi logam dilaksanakeun dina bentuk korosi éléktrokimia, sareng prosés korosi dibarengan ku generasi arus, sapertos batré primér [13-14]. Dina raraga nguji kinerja korosi éléktrokimia tina multi-lapisan jeung multi-pass lapisan cladding, specimen ieu disimpen dina leyuran 3.5% NaCl pikeun nguji Tafel kurva polarisasi sarta spéktrum impedansi.

Kurva polarisasi lapisan cladding jeung bahan dasar ditémbongkeun dina Gambar 9. Ieu bisa ditempo yén kurva polarisasi lapisan cladding boga wewengkon passivation, nunjukkeun yén film oksida padet kabentuk dina beungeut lapisan cladding salila. prosés korosi. Unsur-unsur sapertos Cr, Ni, sareng Si dina pilem oksida ningkatkeun stabilitas passivation, ngahalangan difusi ion, sareng ningkatkeun résistansi korosi. Poténsi korosi diri Ecorr sareng dénsitas arus korosi diri Icorr tina lapisan cladding sareng bahan dasar dicandak ku pas data, sapertos anu dipidangkeun dina Tabel 4. Poténsi korosi diri Ecorr tina logam dina larutan éléktrolit ngagambarkeun sensitipitasna kana korosi sarta mangrupa indikator résistansi bahan pikeun korosi éléktrokimia. Leuwih leutik potensi diri korosi, leuwih gampang pikeun logam leungit éléktron jeung lemah lalawanan korosi na; nu leuwih gede potensi diri korosi, nu harder éta pikeun logam leungit éléktron jeung kuat lalawanan korosi na[14]. Salaku bisa ditempo ti Table 4, poténsi timer korosi tina lapisan cladding leuwih luhur batan bahan dasar, nunjukkeun yén lapisan cladding boga lalawanan korosi kuat. Kapadetan arus korosi diri Icorr sabanding sareng laju korosi. Langkung ageung arus korosi, langkung gancang laju korosi bahan sareng langkung parah résistansi korosi. Salaku bisa ditempo ti data dina Table 4, arus timer korosi tina bahan dasar leuwih luhur batan lapisan cladding, nunjukkeun yén résistansi korosi tina bahan dasarna goréng. Ku alatan éta, ku ngabandingkeun ukuran potensi timer korosi jeung arus timer korosi, bisa dicindekkeun yén résistansi korosi tina lapisan cladding leuwih hade tinimbang nu tina bahan dasar.

Lapisan cladding jeung bahan dasar anu diuji ku spéktroskopi impedansi (EIS), sarta spéktrum impedansi Nyquist plot tina dua sampel ditémbongkeun dina Gambar 10. Z 'jeung Z "mangrupa bagian nyata jeung imajinér tina impedansi diukur Z, mungguh. . Duanana lapisan cladding sareng bahan dasar nampilkeun ciri busur kapasitif tunggal. Nu leuwih gede radius busur kapasitif, nu gede total impedansi sampel jeung kuat lalawanan korosi. Ditémbongkeun saperti dina Gambar 10, radius arc kapasitif tina lapisan cladding nyata leuwih badag batan bahan dasar. Ku alatan éta, résistansi polarisasi tina lapisan cladding leuwih badag, nunjukkeun yén laju korosi tina lapisan cladding leuwih handap sarta lalawanan korosi leuwih kuat, nu konsisten jeung hasil tina kurva polarisasi poténsi dinamis.

Kasimpulanana, résistansi korosi lapisan cladding langkung saé tibatan bahan dasar. Kahiji, bahan cladding ngagunakeun kawat las AFEW6-86, nu boga eusi Cr na Ni luhur batan bahan dasar, ku kituna lapisan cladding boga résistansi oksidasi luhur sarta lalawanan korosi. Dina lingkungan korosif, nalika Cr meta jeung unsur O, lapisan pilem oksida tahan korosi bakal kabentuk dina beungeut cai, nu bakal misahkeun beungeut logam tina medium corrosive, ngurangan prosés disolusi of anoda, sarta ngurangan disolusi. laju logam cladding, sahingga ngaronjatkeun daya tahan korosi tina lapisan cladding. Résistansi korosi ningkat [15-16]. Alesan kadua yén distribusi ukuran sisikian dina lapisan cladding leuwih seragam alatan kanaékan input panas.

3 Kacindekan
(1) Lapisan cladding diala ku multi-lapisan jeung multi-pass prosés las kawat laser boga formasi makroskopis alus, euweuh defects atra kayaning pori sarta retakan, sarta beungkeut metalurgi alus kabentuk antara lapisan cladding jeung bahan indungna. Aya tihang nangtung anu signifikan, sareng ketebalan lapisan cladding nyaéta 11.5mm.
(2) Lapisan cladding utamana diwangun ku ferrite, widmanstatten na lath martensite. Eusi Cr jeung Ni dina lapisan cladding leuwih luhur batan nu di bahan indungna. Unsur Cr sareng Ni ningkatkeun stabilitas pilem passivation, ngahalangan difusi ion, sareng ningkatkeun résistansi oksidasi sareng résistansi korosi tina lapisan cladding. Sajaba ti éta, alatan kanaékan input panas, sebaran ukuran sisikian dina lapisan cladding leuwih seragam, jadi lalawanan korosi tina lapisan cladding leuwih hade tinimbang nu ti bahan indungna.
(3) Rata-rata teu karasa tina bahan indungna nyaéta 172.02HV, sareng rata-rata karasa lapisan cladding nyaéta 320.13HV, karasa lapisan cladding langkung luhur tibatan bahan indungna. Kusabab pangaruh mikrostruktur sareng ukuran sisikian, karasa daérah cladding nunjukkeun tren distribusi sapertos léngkah sacara gembleng.