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摘 要

316L不锈钢表面堆焊镍基合金技术是应用在工业生产过程中修复和强化零件来到达增加零件强度与使用寿命的目的。镍基合金本身具有良好的焊接性，而铁与镍有较好的相容性，可以起到固溶强化的作用，增强堆焊层的微观组织性能。本课题的研究内容为采用激光堆焊镍基合金来得到实验所需的堆焊层，研究316L表面堆焊镍基合金堆焊层成形特性，以及研究激光堆焊最合适的工艺参数。

本课题的试验结果如下：激光功率和焊接速度会对堆焊层的宏观形貌产生较大的影响，送丝速度对堆焊层成形无明显影响。堆焊层的微观组织为奥氏体组织和枝状晶，当焊接速度与激光功率增大时，奥氏体组织会变得粗大，且枝晶间距会增大。通过观察各个试样最终得到在4 kW的功率下，焊接速度为0.96m/min时，送丝速度为6m/mim所得的堆焊层成形最好，其微观组织为细晶奥氏体及枝状晶组织。

关键词：激光堆焊 316L不锈钢 镍基合金 微观形貌

Study on the process and forming characteristics of nickel base alloy surfacing welding on 316L surface

Abstract

The nickel base alloy surfacing technology of 316L stainless steel is applied to repair and strengthen the parts in the industrial production process to increase the strength and service life of the parts. The nickel-based alloy itself has good weldability, while iron and nickel have good compatibility, which can play a role in solid solution strengthening and enhance the microstructure of the surfacing layer. The research content of this topic is to use laser surfacing of nickel-based alloy to obtain the surfacing layer required by the experiment, study the forming characteristics of surface surfacing nickel-based alloy layer of 316L, and study the most appropriate process parameters of laser surfacing.

The test results show that：laser power and welding speed have a great influence on the macro morphology of the surfacing layer, while wire feeding speed has no obvious influence on the formation of the surfacing layer. When the welding speed and laser power increase, the austenitic structure will become thicker and the dendrite spacing will increase. Through observation of each sample, it was finally concluded that the best surfacing layer was formed when the welding speed was 0.96m/min and the wire feeding speed was 6m/mim under the power of 4 kW, and the microstructure was fine austenite and dendritic crystal.

Key words: laser surfacing welding ;316L stainless steel ;nickel base alloy ;microstructure

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2激光堆焊的特点及应用 1

1.3 316L表面堆焊镍基合金国内外研究现状及分析 2

1.4 本文研究内容 4

第2章 实验材料、设备与方法 6

2.1 实验材料 6

2.2 实验方法 6

2.3 微观组织分析试验 7

第3章 316L表面激光堆焊镍基合金工艺与成形 9

3.1 表面激光堆焊层的宏观形貌 9

3.2 堆焊层成形分析 9

3.3 小结 26

第4章 堆焊层微观组织形貌分析 27

4.1 表面激光堆焊层微观形貌 27

4.2 堆焊层微观组织分析 27

4.3 小结 34

第5章 经济性分析 35

第6章 结论 36

参考文献 37

致谢 40

第1章 绪论

1.1 引言

随着经济全球化的发展，世界范围内的钢铁消耗总量也会随之增加，尤其是钢板的需求量也会大幅度提高^[1]。而钢铁材料中，碳钢(碳含量小于2.11%)凭借其良好的韧塑性而成为用途最广泛的金属材料^[2]，通过添加相应的合金元素(Cr、 Ni、Mo等)可以进一步优化其性能，在机械、汽车、船舶、航天等工业领域发挥着重要的作用^[3]。

316L是含钼奥氏体不锈钢种，由于钢中含钼，该钢种总的性能优于310和304不锈钢^[4]。316L的特点有如下等：（1）冷轧产品外观光泽度好；（2）由于添加Mo ，所以耐点蚀性能优秀；（3）高温下的强度很高；（4）加工硬化性优秀；（5）固溶状态下的无磁性；（6）相对304钢，价格较偏高^[5]。316L不锈钢作为用途广泛的钢材，已经成为航天航空、换热器及医疗器械生产的主要材料之一。

316L不锈钢具有良好的力学性能和耐腐蚀性，焊接过程中大量的热输入容易造成晶粒的长大而引起渗碳，降低其耐腐蚀性，因此在保证熔深的情况下经常采用小电流、快速焊的工艺。激光束具有能量密度高、热量集中的特点，易于实现快速焊接、能够较好地控制焊缝成形和焊接变形，是焊接316L奥氏体不锈钢最理想的焊接方法。

1.2激光堆焊的特点及应用

1.2.1 激光堆焊的特点

机械零部件在使用过程中通常以腐蚀、磨损等方式失效，致使工件外表面尺寸的超差，影响机器的正常运行，许多生产线被迫停产来更换新的零部件，这不仅降低生产效率，也提高了制造成本。因此用堆焊的工艺方法对失效工件表面进行尺寸修复和性能成为了首选^[6]。

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