高效激光-MAG复合焊接船用高强钢的性能

采用光纤激光-MAG复合焊接技术,在激光输出功率为10 kW的条件下单道一次穿透焊接18 mm厚EH36船用高强钢板,实现了良好的单面焊双面成形工艺技术,且无焊接缺陷存在。本次试验的最佳工艺参数为激光输出功率10 kW、离焦量0 mm、光丝间距3 mm、焊接电流400 A、焊接电压31.1 V、送丝速度14.2 m/min、焊丝伸出长度20 mm、保护气流量20 L/min、焊接速度1.5 m/min。采用分析检测设备对焊接接头的显微组织及力学性能进行分析。结果表明:焊缝上部(电弧作用区)的组织特点是先共析铁素体在柱状晶界以侧板条状生长,在柱状晶内还存在少量粒状铁素体;在柱状晶内,亚结构组织主要由板条状马氏体和针状贝氏体组成,并存在少量上贝氏体;V形带状组织主要由板条马氏体与少量贝氏体构成。焊缝下部(激光作用区)组织主要由板条马氏体组成。电弧作用区与激光作用区的焊接热影响区组织主要由板条马氏体组成。电弧作用区与激光作用区的焊接接头最高硬度均出现在热影响区,激光作用区的焊缝硬度最高,然后依次为焊缝中V形带状组织区、电弧作用区焊缝。焊接接头在室温下的平均抗拉强度为521 MPa,拉伸试样均断裂于母材;焊接接头正弯试验满足标准要求;在-20℃下,焊缝金属、热影响区及母材的平均冲击功分别为57,53,52 J,力学性能指标均满足船级社要求。     

50mm转子钢超窄间隙激光填丝焊接头组织与性能

设计了窄间隙的坡口并采用CO2激光填丝多道焊的方法焊接了厚度为50 mm的30Cr2Ni4Mo V转子钢,焊后观察并分析了接头不同区域的组织特征,通过接头的拉伸、弯曲试验及显微硬度评定了接头的性能,结果表明:选取优化的窄间隙激光填丝焊接工艺焊接的50 mm厚30Cr2Ni4Mo V钢对接焊接头成形良好,无侧壁未熔合等缺陷。接头中部填充焊焊缝中心由大量的针状铁素体和少量的粒状贝氏体组成,冲击韧性良好,表层填充焊焊缝由马氏体及少量的粒状贝氏体组成,冲击韧性有所下降。焊接接头拉伸试样均断于母材,接头最大硬度位于接头表层填充焊热影响区(HAZ)粗晶区,焊缝区的硬度较HAZ低很多。     

27SiMn高强钢激光-MAG复合焊接头组织和性能

利用光纤激光-金属活性气体(MAG)复合焊接方法焊接了25mm厚的27SiMn高强钢,分析了焊接接头的微观组织和力学性能。结果表明,接头钝边焊道焊缝和热影响区主要为马氏体;填充焊道的焊缝主要由晶内针状铁素体、少量先共析铁素体和上贝氏体组成,其热影响区组织以马氏体为主。焊接接头硬度分布不均匀,钝边焊道硬度的最高值出现在焊缝;填充焊道硬度的最高值出现在粗晶区,母材的硬度最低。拉伸时接头均断于母材。冲击试验结果表明,钝边焊道焊缝的冲击断口存在脆性断裂区和韧性断裂区,填充焊道焊缝的冲击断口仅观察到韧性断裂区。     

超低碳贝氏体钢CO2激光-气体金属弧焊复合焊接成形特性

针对12mm厚超低碳贝氏体(ULCB)钢,采用中小功率CO2激光与气体金属电弧(GMA)复合进行了多层焊接试验.试验结果表明,采用3层焊接,且每层热输入均匀变化时即可获得良好的焊缝成形.焊接过程中,打底焊时激光焦点要严格控制在焊缝坡口钝边金属之内,填充层对激光焦点位置的要求并不严格;为了充分发挥激光的作用,应采用较高的送丝速度.此外,焊缝的拉伸力学性能测试结果表明,超低碳贝氏体钢激光-GMA电弧复合焊接接头的抗拉强度可达到母材的95%以上,甚至部分焊缝超过母材,其平均抗拉强度达到829.5 MPa.当试样断于焊缝时,焊接缺陷是造成焊缝强度下降的主要原因.     

高功率激光焊接汽车用高强钢B450LAD组织与性能

采用15 kW CO3激光器对1.8 mm厚的热镀锌薄板B450LAD进行了高功率激光焊接.对工艺优化后所得到的4组焊接工艺规范参数的焊接接头进行宏观与微观组织分析、显微硬度试验以及拉伸力学性能试验.结果表明,在激光功率5.8～12.9 kW以及焊接速度3～7 m/min参数下,1.8 mm厚13450LAD镀锌钢板均可获得成形良好、无缺陷的焊缝;焊缝截面呈上宽下窄的倒梯形,热影响区(HAZ)相当窄;焊缝熔化区组织均为马氏体、细晶区组织为少量马氏体和铁素体;其焊缝中心显微硬度约为母材(BM)的2倍;焊接接头具有良好的拉伸力学性能,且4种拉伸试样均断于母材处.实验的4组工艺参数可作为此钢材不同应用场合下高功率激光焊接的工艺参考.     

10CrSiNiCu船用高强钢光纤激光焊接接头组织和性能

为了促进船用高强钢结构激光焊接技术发展,利用光纤激光对8 mm厚的10CrSiNiCu钢板进行了填丝对接焊接。分析了焊接接头的微观组织形貌与硬度、拉伸、弯曲和冲击等力学性能,研究了焊接热输入对接头组织与性能的影响。结果表明,10CrSiNiCu钢激光焊焊缝区组织主要为马氏体+铁素体+贝氏体;热影响区粗晶区组织主要为块状铁素体+粒状贝氏体+马氏体。焊接接头硬度分布不均匀,焊缝区硬度最高,热影响区次之。当焊接线能量从5.00 k J/cm降至3.64 k J/cm时焊缝区硬度从346 HV增加至396 HV。接头拉伸试样均断裂在母材。3倍板厚压头作用下焊接试样可正向弯曲约113°,比母材降低近60°。熔合线和焊缝区的低温(-40℃)冲击功随着焊接热输入的增加而先增加后减小,在E=4.20 k J/cm时熔合线和焊缝区的冲击功最高,分别达到95 J和101 J,冲击试样断口均呈韧性断裂特征。     

热输入对激光焊中锰钢接头组织和力学性能的影响

采用光纤激光器焊接了0.1C-5Mn钢,研究了不同热输入对接头的组织、硬度、拉伸和成形性能的影响。结果表明,不同热输入的接头焊缝区均为马氏体组织,热影响区由细小马氏体/贝氏体混合组织、奥氏体和铁素体组成;焊缝区的平均硬度均比母材的高。当热输入为100 J·mm~(-1)时,接头的亚临界热影响区有轻微软化趋势。不同热输入的接头拉伸试样均断裂于母材区,断口为韧性断裂,且接头抗拉强度均比母材的大;接头杯突裂纹在焊缝区启裂并垂直于焊缝向母材区扩展;平行于轧向焊接的拼焊板成形性能优于垂直于轧向的。     

薄板钛合金光纤激光-钨极惰性气体保护焊电弧复合焊接工艺研究

针对1mm厚TC4钛合金薄板进行光纤激光-钨极惰性气体保护焊(TIG)电弧复合焊接试验,研究了激光功率、电弧电流、热源间距、保护气成分等工艺参数对焊缝成形的影响,同时分析了焊接接头的显微组织及力学性能。研究结果表明:随着电弧电流增加、主保护气中He气比例升高,焊缝的熔化量逐渐增加;随着激光功率和两热源间距的增加,焊缝熔化量呈波动性变化。焊缝咬边程度和复合热源的热输入有关,输入的能量越大越集中,焊缝咬边深度越小。焊接保护效果主要由电弧输入的热量决定,输入的热量越大,保护效果越差。在优化的工艺参数下,复合焊接的接头抗拉强度高于母材,延伸率低于母材,这与焊缝中马氏体组织的分布有关,拉伸断裂位于母材。     

高氮钢复合焊接接头组织性能分析

为了研究在不同热输入下高氮钢焊接接头各区微观组织和硬度分布,采用了Nd:YAG-MAG电弧复合焊接方法焊接高氮奥氏体不锈钢,进行了理论分析和试验验证,取得了不同热输入下焊接接头各区形貌、微观组织和显微硬度数据。结果表明,高氮钢复合焊接接头截面形貌呈"高脚杯"状,上部为电弧作用区,下部为激光作用区;焊缝组织由奥氏体和少量铁素体组成,随着热输入的增加,铁素体含量增多,铁素体树枝晶主干增长、增粗,有二次支晶分布在树枝晶主干两侧;焊接接头硬度分布不均匀,母材硬度最高,其值在330HV~370HV之间,焊缝区硬度在260HV~300HV之间;随着热输入的增加,焊接接头硬度降低;焊接接头没有出现软化区。这一结果对高氮钢复合焊接在不同热输入参量下获得良好焊缝提供了理论基础。     

14 mm厚EH36高强钢光纤激光-MAG复合焊工艺及接头组织性能

利用光纤激光-MAG复合焊工艺焊接了14 mm厚的EH36高强钢,研究了激光功率、焊接速度和焊接电流对焊缝成形的影响,并分析了优化工艺下焊接接头的组织和性能。结果表明,随着激光功率的增大,焊缝的熔深增大,熔宽基本不变;随着焊接速率的增大,焊缝的熔宽减小;随着焊接电流的增大,焊缝的熔宽基本不变。最佳焊接工艺下得到的焊缝成形良好且无焊接缺陷存在;焊缝及热影响区的组织主要由板条马氏体组成;焊缝金属的硬度大于母材的;拉伸试样断裂位置在母材;焊缝横向侧弯试验后,拉伸面没有出现裂纹;焊缝冲击试样断面为准解理断口形貌。     

离焦量对1Cr17Ni2薄钢板激光焊接接头组织与性能的影响

利用YAG脉冲激光焊接系统对1mm厚的1Cr17Ni2不锈钢薄板进行对接焊接试验,通过焊缝组织分析、拉伸测试和显微硬度测试,研究了离焦量对焊接接头组织与性能的影响。结果表明:采用激光对1Cr17Ni2薄钢板进行对接焊后,焊接接头出现了组织分区,母材区组织主要是铁素体和马氏体,热影响区组织为板条马氏体组织和少量呈带状分布的δ铁素体,而焊缝区组织则主要以马氏体为主;随着离焦量增加,焊缝熔深逐渐减小,熔宽先增大后减小,焊缝处的马氏体含量逐渐减少,接头的抗拉强度先增大后减小;焊缝区的硬度最大,母材区的硬度最小,热影响区的硬度介于两者之间;焊缝区的整体硬度随着离焦量的增大而减小;当离焦量为-5.5mm时,热影响区中马氏体板条束群细小均匀,焊接成形质量好,接头的拉伸性能优良。     

SUS301L-HT不锈钢激光焊接与MIG焊接对比试验研究

进行了2 mm SUS301L-HT不锈钢激光焊和惰性气体保护(MIG)焊试验,对比了两组焊缝在成形、显微组织、力学性能等方面的差别。两种焊接方法焊得的焊缝在成形上有较大不同,激光焊焊缝成形均匀稳定,接头角变形小,熔宽小,热影响区(HAZ)窄,优于MIG焊缝。两种焊接方法焊得的焊缝的金相组织差异较大,激光焊焊缝组织由细小柱状奥氏体枝晶和枝晶间δ铁素体组成,HAZ发生了回复和再结晶,晶粒有一定程度的长大;MIG焊缝由粗大的块状奥氏体组织和少量δ铁素体组成,HAZ组织变化丰富,组织随着与熔合线距离的改变而不同。两种焊接方法焊得的焊缝的力学性能差异明显,激光焊焊缝拉伸性能优于MIG焊缝,激光焊接头拉伸断裂在焊缝,断口为典型韧性断口,接头抗拉强度达到979.1 MPa,延伸率达到48.2%。     

调质状态下30CrMnSiA钢的激光焊接接头性能与组织

研究了调质状态下激光焊接 30CrMnSiA钢时焊缝的金相组织、显微硬度及热影响区性能变化 ,分析了焊接接头的拉伸机械性能及拉伸试样断口形貌。结果表明 ,在焊接参数匹配和工艺技术措施选择合理的情况下 ,采用激光焊接调质状态下的 30CrMnSiA钢 ,焊接接头的性能和组织优良 ,热影响区硬化、脆化和软化等性能上的变化问题并不突出 ,焊后不需热处理即可保证焊接接头的性能。调质状态下 30CrMnSiA钢激光焊接工艺参数选定的主要出发点应是防止裂纹和保证焊缝表面成形质量。     

百毫米级304不锈钢超窄间隙激光焊接头的组织及性能

采用超窄间隙激光焊对100 mm厚304奥氏体不锈钢进行了焊接试验,并研究了接头的显微组织和力学性能。结果表明,超窄间隙激光焊可以实现百毫米级及以上厚板的有效连接且焊缝的成形良好。接头的显微组织由奥氏体和少量铁素体组成,晶粒呈胞状和等轴状。接头的拉伸强度为658 MPa。拉伸断裂位于焊缝的胞状晶区,断裂形式为典型的延性断裂,断口形貌为细小均匀的韧窝和撕裂棱。焊缝组织中等轴晶区的显微硬度大于胞状晶区。     

激光焊接不等厚异种钢接头组织与性能研究

针对汽车用钢的焊接问题,利用光学显微镜、扫描电镜、硬度和拉伸试验研究分析了不等厚异种钢激光拼焊板接头的组织及性能。结果表明,焊缝区为板条马氏体组织,板条之间有残留奥氏体组织存在。熔合区附近的组织结构比较复杂,主要由马氏体和贝氏体构成。而相变诱发塑性(TRIP)钢热影响区组织主要由贝氏体和铁素体组成,且晶粒比较细小,双相钢(DP)接头热影响区中存在显著的马氏体组织,但几乎不存在过热区组织。接头焊缝区的硬度达到母材的1.6倍以上,此外接头宏观断裂发生在薄板DP钢的母材区。     

激光-电阻复合焊接铝合金T型接头工艺及性能

采用激光-电阻复合焊接方法进行铝合金T型接头焊接工艺试验,对激光-电阻复合焊接过程中的主要焊接工艺参数:滚轮电极形状、电流大小和激光功率对焊缝成形及接头性能的影响进行分析,并优化工艺参数以获得良好的焊缝成形和优质焊接接头.试验结果表明:采用弧形端面滚轮电极,在合适的电流和激光功率参数条件下,激光-电阻复合焊接T型接头不仅可以降低接头搭接面的间隙,而且改善焊缝成形,增加搭接面的焊缝宽度,使T型接头的拉伸剪切栽荷与单独激光焊接相比得到显著提高.激光-电阻复合焊接有效改善了激光焊接存在的一些不足,拓展了激光焊接的工业应用范围.     

10Ni3CrMoV钢T型接头CO_2激光复合焊工艺与组织

激光复合焊接综合了激光焊和电弧焊的优点,使其成为船用大厚度钢板高效焊接最有前景的方法之一。研究了船用钢板的高功率CO2激光焊接工艺,重点分析了保护气体成分对焊缝化学成分的影响,激光与电弧间距对焊接过程稳定性的影响。在工艺参数优化的基础上实现14 mm厚10Ni3CrMoV钢板的高功率激光T型结构焊接。获得的焊缝通过X光探伤检验,没有发现裂纹,存在少量不连续的小气孔。采用光学显微镜分析了焊接接头微观组织,结果表明,微观组织显示了焊接接头较好的综合力学性能,尤其是经历重熔与热处理后的焊缝组织发生明显细化。测试了焊接接头不同部位的硬度,焊接接头最大硬度小于360 HV,符合船用技术要求。     

窄间隙条件下激光-电弧复合焊接稳定性研究

相对于当前的厚板焊接方法,激光-电弧复合焊接有很多优点。为了使激光-电弧复合焊接技术应用于厚板焊接,本文采用4 KW光纤激光器针对16 mm厚低碳钢板进行激光-电弧复合焊接打底焊接工艺研究,探究了坡口尺寸、电流值、速度等规范参数对激光-电弧打底焊接稳定性的影响,通过金相观查焊缝横截面形貌。结果表明:坡口尺寸、电流以及焊接速度是影响激光-电弧复合焊接过程稳定性的主要工艺规范。通过电弧电流等工艺规范的匹配,激光-电弧复合焊实现5 mm钝边,12°类Y型坡口的熔透打底焊接。     

6005A激光-MIG复合焊接头组织及力学性能研究

为了研究高强度铝合金的焊接性能,了解激光与金属惰性气体(MIG)之间的相互作用机理,进一步优化焊接工艺参量, 采用光纤激光器与MIG复合焊焊机对3mm厚6005A铝合金进行了复合焊接试验研究。结合焊缝形貌、接头的力学性能等,分析了工艺参量对焊缝质量的影响规律。结果表明, 采用激光-MIG复合焊接6005A,在合适的工艺参量下,可以实现表面成形良好的接头;焊缝中的物相主要由-Al固溶体和弥散分布在基体中的第二相Mg2Si组成;焊缝区的显微硬度明显低于热影响区和母材的显微硬度,接头的断裂处发生在焊缝区,这是由于焊接热循环导致焊缝区组织粗化与气孔缺陷所致,接头的断裂形式为韧性断裂,断裂处呈现大量的韧窝,接头的抗拉强度为251.52MPa,可以达到母材的89.19%。焊接质量符合工程需要。     

热输入对纳米析出强化钢激光焊接接头组织及纳米力学性能的影响

研究了激光焊接热输入对纳米析出强化钢焊接接头熔深、显微组织及纳米力学性能的影响。利用体视显微镜和扫描电子显微镜对焊接接头的熔深、显微组织进行了分析,通过纳米压入实验对激光焊接接头各区域的纳米硬度和弹性模量进行了研究。实验结果表明:随着焊接热输入增加焊缝熔深逐渐增大,两者之间呈一元线性关系;当焊接热输入低于94 J/mm2时,焊缝为全马氏体组织;当焊接热输入超过125 J/mm2时,焊缝中出现贝氏体组织和铁素体组织;且随着热输入的增加,贝氏体和铁素体含量有所增加。随着焊接热输入的增加,焊缝区的纳米硬度逐渐降低,其原因为热输入增大致使贝氏体和铁素体的形成。焊接热输入对焊缝的弹性模量影响不明显,弹性模量在200 GPa左右。