工程科学学报，第37卷，第6期：714-720,2015年6月 Chinese Journal of Engineering,Vol.37,No.6:714-720,June 2015 D0l:10.13374/j.issn2095-9389.2015.06.006:http://journals.ustb.edu.cn 激光焊接速度对焊缝组织和硬度分布的影响 曹鑫源，罗奎林，陆永浩巴，李兆登 北京科技大学国家材料服役安全科学中心，北京100083 ☒通信作者，E-mail:lu_yonghao(@mater..usth.edu.cn 摘要利用激光焊接工艺焊接核级不锈钢，通过改变激光焊接速度得到不同的焊接接头.采用金相显微镜、扫描电子显微 镜等手段研究了熔深比、δ/y比、组织形貌以及焊缝中各相的成分.通过显微硬度测试了焊缝接头上硬度分布.随着焊接速 度的增加，焊缝熔深比线性增加，焊缝中8铁素体含量增加，岛状组织增多，板条状组织增多，蠕虫状组织减少，焊缝区的平均 硬度值增加 关键词不锈钢：激光焊：速度：显微组织；硬度 分类号TG142.71 Effect of welding speed on the microstructure and hardness distribution of laser beam welding joints CAO Xin-yuan,LUO Kui-in,LU Yong-hao,LI Zhao-deng School of National Center for Materials Service Safety,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:lu_yonghao@mater.ustb.edu.cn ABSTRACT Nuclear grade stainless steel welding joints were prepared by laser beam welding (LBW)at different welding speeds. Optical microscopy and scanning electron microscopy were subsequently used to study the weld penetration ratio,8/y ratio,micro- structure,and phase composition.The hardness distribution was examined with a micro-Vickers hardness tester.When this welding speeds up,the weld penetration ratio and 8-ferrite content within the welding seam increase,the island and lath-shaped microstruc- tures enlarge at the cost of the worm-ike one,and the average hardness value in the weld area becomes greater. KEY WORDS stainless steel;laser beam welding:speed;microstructure:hardness 传统焊接工艺在焊接不锈钢过程中不可避免会在 和合金@，对于核级不锈钢的激光焊接的研究则比较 母材中造成一个性能较差的热影响区，这个区域在后 少.本文主要研究了焊接速度对于不锈钢焊接接头组 期的服役过程中具有较高的蠕变失效和应力腐蚀断裂 织变化的影响，并对相应的硬度和残余应力分布进行 的风险”.激光焊接是利用激光的辐射能量来实现焊 了探讨. 接的工艺，具有高能量、高精度、低变形、高效率和高速 度特点P-习.激光焊中的深熔焊能够彻底焊透工件且 1实验方案 焊接速度快，是目前使用最广泛的激光焊接模式®，但 1.1实验材料和工艺参数 是不同的焊接速度对熔池的冷却速度有很大影响，使 本实验中采用的焊接材料为国产核电离心铸造一 凝固过程中的温度梯度/凝固速率比值改变，从而在焊 回路主管道材料Z3CN2009M,其成分如表1所示.焊 缝中得到不同的组织分布，对材料的各项性能产生影 接所用薄板的尺寸为300mm×75mm×2mm,从核电 响5a.目前大部分激光焊研究集中于高强度钢 主管道的内侧壁经线切割得到，300mm×75mm面垂 收稿日期：2014-0209 基金项目：国家科技重大专项(2011ZX06004-0090603)工程科学学报，第 37 卷，第 6 期:714--720，2015 年 6 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 37，No． 6: 714--720，June 2015 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2015． 06． 006; http: / /journals． ustb． edu． cn 激光焊接速度对焊缝组织和硬度分布的影响 曹鑫源，罗奎林，陆永浩，李兆登 北京科技大学国家材料服役安全科学中心，北京 100083  通信作者，E-mail: lu_yonghao@ mater． ustb． edu． cn 摘 要 利用激光焊接工艺焊接核级不锈钢，通过改变激光焊接速度得到不同的焊接接头． 采用金相显微镜、扫描电子显微 镜等手段研究了熔深比、δ /γ 比、组织形貌以及焊缝中各相的成分． 通过显微硬度测试了焊缝接头上硬度分布． 随着焊接速 度的增加，焊缝熔深比线性增加，焊缝中 δ-铁素体含量增加，岛状组织增多，板条状组织增多，蠕虫状组织减少，焊缝区的平均 硬度值增加． 关键词 不锈钢; 激光焊; 速度; 显微组织; 硬度 分类号 TG142. 71 Effect of welding speed on the microstructure and hardness distribution of laser beam welding joints CAO Xin-yuan，LUO Kui-lin，LU Yong-hao ，LI Zhao-deng School of National Center for Materials Service Safety，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: lu_yonghao@ mater． ustb． edu． cn ABSTRACT Nuclear grade stainless steel welding joints were prepared by laser beam welding (LBW) at different welding speeds． Optical microscopy and scanning electron microscopy were subsequently used to study the weld penetration ratio，δ /γ ratio，micro￾structure，and phase composition． The hardness distribution was examined with a micro-Vickers hardness tester． When this welding speeds up，the weld penetration ratio and δ-ferrite content within the welding seam increase，the island and lath-shaped microstruc￾tures enlarge at the cost of the worm-like one，and the average hardness value in the weld area becomes greater． KEY WORDS stainless steel; laser beam welding; speed; microstructure; hardness 收稿日期: 2014--02--09 基金项目: 国家科技重大专项(2011ZX06004--009--0603) 传统焊接工艺在焊接不锈钢过程中不可避免会在 母材中造成一个性能较差的热影响区，这个区域在后 期的服役过程中具有较高的蠕变失效和应力腐蚀断裂 的风险［1］． 激光焊接是利用激光的辐射能量来实现焊 接的工艺，具有高能量、高精度、低变形、高效率和高速 度特点［2 － 3］． 激光焊中的深熔焊能够彻底焊透工件且 焊接速度快，是目前使用最广泛的激光焊接模式［4］，但 是不同的焊接速度对熔池的冷却速度有很大影响，使 凝固过程中的温度梯度/凝固速率比值改变，从而在焊 缝中得到不同的组织分布，对材料的各项性能产生影 响［5 － 6］． 目前大部分激光焊研究集中于高强度钢［7 － 9］ 和合金［10］，对于核级不锈钢的激光焊接的研究则比较 少． 本文主要研究了焊接速度对于不锈钢焊接接头组 织变化的影响，并对相应的硬度和残余应力分布进行 了探讨． 1 实验方案 1. 1 实验材料和工艺参数 本实验中采用的焊接材料为国产核电离心铸造一 回路主管道材料 Z3CN20--09M，其成分如表1 所示． 焊 接所用薄板的尺寸为 300 mm × 75 mm × 2 mm，从核电 主管道的内侧壁经线切割得到，300 mm × 75 mm 面垂