活性剂对铁素体不锈钢A-TIG接头熔深及组织性能研究

目的 选用430铁素体不锈钢作为研究对象,对比研究添加SiO2、TiO2、Cr2O3和未添加活性剂对A-TIG焊接接头显微组织和力学性能的影响。方法 采用3种活性剂涂覆在430铁素体不锈钢上进行A-TIG试验,分析活性剂对接头熔深、组织、性能、元素含量的影响情况。结果 同一焊接工艺参数下,活性剂的加入均能提高焊缝的熔深和深宽比,减少熔宽;其中,SiO2为活性剂时获得了最佳的焊缝几何形貌。同时,对比常规TIG焊接(未添加活性剂)接头的显微组织及力学性能可知,活性剂的加入并未改变焊接接头的显微组织且无新相的生成;活性剂的添加能够细化接头组织,从而使得接头硬度有所提高。结论 活性剂的加入能够显著增加铁素体不锈钢TIG焊缝熔深,改善接头组织,提高接头硬度。     

奥氏体不锈钢A-TIG焊工艺研究

目的研究焊接参数对焊缝成形和接头宏观组织的影响。方法改变焊接电流、焊接速度、焊接电压以及活性剂中的一个参数,固定其他3个参数不变,对奥氏体不锈钢进行焊接,分析其接头宏观形貌、组织和力学性能。结果随着电流、电压的增加,焊接接头的熔深和熔宽都在增加,随着焊接速度的增加,焊接接头的熔深和熔宽都在降低,在相同参数下,将不同活性剂下的A-TIG焊接头的熔深和熔宽进行比较,发现涂敷C4活性剂接头熔深最大达到4.29mm,而常规TIG焊接头熔深为1.38mm,涂敷C4活性剂的接头熔深为TIG焊的3.11倍,且熔宽也有所减小。结论 C4活性剂A-TIG最佳工艺参数为:I=175 A,U=14 V,v=80 mm/min,此时能将6 mm板材焊透,成形良好,在此工艺下焊缝等轴晶范围最大,焊缝组织最为细小。相比于TIG焊,涂敷C4活性剂接头强度系数提升4.1%。     

2195-2219异种铝合金焊接接头的微观组织和性能

用钨极氩弧焊(TIG)和变极性等离子弧焊(VPPA)对2195与2219异种铝合金进行平板对接焊，研究了不同焊接方法和在有无保护气氛条件下焊接接头的显微组织和性能。结果表明，在用TIG和VPPA工艺焊接的接头区域都没有出现宏观热裂纹，能量密度高、焊接快和热输入量小的VPPA工艺使焊缝区域较窄；异种铝合金焊缝接头熔合线附近的主要析出相为θ相，在焊缝区域有α-Al与θ相组成的共晶组织；在TIG工艺和有气氛保护的VPPA工艺的焊接接头区域没有出现局部软化现象，焊缝区域的硬度与2219侧母材相同。TIG工艺的焊接接头，其抗拉强度更高。     

粉煤灰/二氧化硅活性剂在Q235钢A-TIG焊中的应用

为了探究粉煤灰作为A-TIG焊活性剂的可行性,以粉煤灰和不同含量的二氧化硅制备复合活性剂在Q235钢基体表面进行A-TIG焊,研究了复合活性剂成分含量对焊缝截面形貌、显微组织和元素分布的影响.结果表明:采用粉煤灰-40%SiO_2作为复合活性剂进行A-TIG焊时,可将6 mm厚Q235钢板一次性焊透,焊缝深宽比可达到0.85;焊缝出现明显的中间收缩倾向,呈"深口杯"状,可实现单道焊双面成型的效果;其焊缝柱状晶数目较多、组织排列规则且具有方向性,熔合区和热影响区组织均匀细小,可降低焊接母材的过热倾向;相对于100%SiO_2活性剂,Si元素的溶入量和溶入深度显著增加,这说明粉煤灰中其他成分的存在对Si元素溶入焊缝、进而增加焊缝熔深起到促进作用.采用粉煤灰-40%SiO_2为活性剂进行A-TIG焊时焊缝熔深的增加机理可能是以电弧收缩理论为主,但考虑到Al元素溶入较深且溶入量较多,粉煤灰中其他物相又十分复杂,在高温电弧作用下各物相之间相互反应放热致使电弧热输入增加、其他组分在熔池中改变了熔池表面张力温度梯度等均可能致使焊缝熔深增加.     

粉煤灰复合活性剂在A-TIG焊中增加熔深的机理研究

为实现对工业废弃物粉煤灰的剩余价值利用,尝试以粉煤灰作为主要原料制备焊接复合活性剂,并在AZ91镁合金板上进行A-TIG焊.利用焊缝的电特性实时采集、焊接温度场采集、电弧力测试等手段研究活性剂对电弧影响,通过熔池Bi粒子示踪实验探究活性剂对表面张力温度梯度影响.结果 表明:与常规TIG焊相比,粉煤灰复合活性剂可以使焊缝熔深增深1.4倍,熔宽减小,深宽比是常规TIG焊的1.43倍.粉煤灰复合活性剂中氟化物的解离和电离吸热过程、带电粒子的电子扩散和复合过程可以促进电弧收缩,使焊接电压升高,热输入量提高.而活性剂中的氧化物既可以通过对电弧的机械压缩作用强迫电弧收缩,又可以通过电离产生的氧元素实现对熔池液态金属表面张力温度梯度系数的改变,提高熔池中心热输入.A-TIG焊AZ91镁合金熔深增加是电弧收缩理论和表面张力温度梯度改变理论共同作用的结果.     

TIG与FSW焊接工艺下2219铝合金疲劳裂纹扩展性能研究

目的 研究钨极惰性气体保护焊(TIG)和搅拌摩擦焊(FSW)对2219铝合金焊接接头疲劳性能的影响,并探究这2种不同焊接技术条件下焊接接头疲劳裂纹的产生与裂纹扩展原理,了解2种焊接接头的抗裂纹扩展能力,为工程实践应用提供数据参考。方法 采用疲劳裂纹扩展试验方法,测试上述2种焊接工艺条件下焊缝金属和热影响区组织的疲劳裂纹扩展速率da/dN和阈值,使用光学显微镜和扫描电子显微镜观察并分析金相组织和疲劳断口形貌特征。结果 疲劳裂纹倾向于沿裂纹处萌生,裂纹的存在成为主要的裂纹扩展源头,有利于加速裂纹向前延伸。热影响区由于组织结构不均匀,不同位置的晶粒尺寸存在明显差异,疲劳裂纹扩展路径倾向于沿靠近焊缝一侧向靠近母材区域扩展。TIG焊接工艺下焊缝金属和热影响区的裂纹扩展速率明显低于FSW焊接工艺下的焊缝金属和热影响区,与此同时,TIG焊接接头表现出优良的抗疲劳裂纹扩展性能。结论 通过此研究,建议2219铝合金焊接接头采用TIG焊接工艺,抗疲劳裂纹扩展效果更佳。     

A-TIG焊接方法研究现状及展望

TIG焊作为一种高质量焊接方法的代表,具有焊接过程稳定、焊缝成形美观、焊缝质量高、焊接过程无飞溅等优点,但同时也存在单道焊接熔深浅、焊接速度慢、熔敷速率低等缺点.为了克服TIG焊存在的缺点,提出了A?TIG焊接方法,该焊接方法是先在待焊焊道表面涂覆一层活性剂,然后再进行施焊.该焊接方法在保留TIG焊优点的前提下,可以显著增大TIG焊单道焊接熔深,提高焊接生产效率.近几年很多学者对A?TIG进行了大量研究,也开展了A?TIG焊在工业生产上的部分应用,但是A?TIG焊仍存在以下几方面问题:(1)A?TIG焊接需要涂覆活性剂的工序,不利于实现焊接过程的自动化,且活性剂的涂覆很难保证均匀稳定,限制了其在工业生产上的应用.(2)活性剂增大焊缝熔深的机理尚未形成统一的认识,对该机理的研究还不够深入.(3)需要针对不同的焊接母材开发不同的活性剂,且不同学者开发的活性剂千差万别,缺少统一的衡量标准,不利于活性剂的产业化.针对不锈钢、铝合金、钛合金、镁合金、低碳钢等各焊接母材开发了增大熔深效果比较明显的活性焊剂,并且研究了活性焊剂对焊缝的表面成形和组织性能的影响.在活性剂的引入方面提出了气体输送活性剂的方式,基本实现了焊接过程的自动化和活性剂的均匀涂覆.对于活性剂增大焊缝熔深机理方面,提出了熔池表面张力改变理论、电弧收缩理论和热输入增加理论.本文总结了A?TIG焊在不同焊接母材方面、活性剂的引入方面、熔深增大机理方面的研究进展,分析了A?TIG焊研究应用方面仍存在的问题,并对A?TIG将来的研究方向进行了前景展望,以期为进一步完善A?TIG焊接方法和推动A?TIG在工业生产上的应用提供一定的借鉴.     

A-TIG焊研究进展及前景展望

对活性化钨极氩弧焊(A-TIG)焊接工艺、活性剂的研发及其在增加焊缝熔深机理等方面的研究做了比较详尽的综述,并指出活性化TIG焊研究过程中存在的问题、发展前景及今后研究方向。认为对活性焊剂增加熔深的机理还有待深入研究,可以利用数值模拟过程结合活性化TIG焊试验深入研究活性焊剂增加焊缝熔深的机理。可以基于A-TIG焊基本思想结合其他方法研发新的活性焊方法。总之,A-TIG焊具有巨大的发展潜力和良好的应用前景。     

有色合金A-TIG焊研究现状

活性化TIG焊(A-TIG焊)可以用于焊接不锈钢、碳钢、铝合金、镁合金、钛合金和镍基合金等材料。根据国内外关于A-TIG焊接技术研究、发展及应用的实际情况,综合论述了A-TIG焊接技术这一新型焊接方法在铝合金、镁合金、钛合金和镍基合金焊接领域中的研究现状。     

粉末熔池耦合活性TIG焊接方法

提出了一种新型活性焊接方法——粉末熔池耦合活性TIG焊(Powder pool coupled activating TIG welding,PPCATIG)。该方法采用双层气体进行焊接,内层利用惰性气体保护钨极,外层通过自动送粉装置将活性剂粉末随保护气体送入电弧-熔池区域,增加熔深,提高焊接效率,实现机械化自动化焊接。针对SUS304不锈钢进行了直流正接PPCA-TIG表面熔深,通过与传统TIG焊对比,研究了SiO_2活性剂对电弧形态、焊缝成形、组织和力学性能的影响。结果表明:SiO_2能使电弧等离子体收缩、熔池金属流态改变,并且焊缝熔深能达到传统TIG焊的3倍以上,焊接效率明显提高。焊缝组织主要为奥氏体和铁素体,铁素体形态以骨架状为主。焊缝抗拉强度略低于母材,但相比传统TIG焊,焊缝屈服强度略有提高,其焊缝低温冲击韧性达到了传统TIG焊的96.8%,表现出了良好的力学性能。同时,采用该方法可有效避免活性剂粉末对钨极的污染。     

几何参数对2219铝合金拉拔式摩擦塞补焊接头微观组织及力学性能的影响EI北大核心CSCD

拉拔式摩擦塞补焊是火箭贮箱制造过程的重要技术之一。研究8 mm厚2219-T87铝合金拉拔式摩擦塞补焊接头的几何形状及其对接头微观组织和力学性能的影响。结果表明:塞孔及成形环几何形状对接头界面结合质量有重要影响。当焊接工艺参数为7000 r·min^(-1)主轴转速,35 kN轴向拉力以及16 mm轴向进给量时,使用锥直孔塞孔可有效防止塞棒在焊接过程中发生颈缩,从而消除接头未焊合缺陷;使用阶梯孔形成形环可以改善接头界面受力状态,防止弱结合缺陷产生。微观组织分析表明,毗邻结合界面的母材侧组织发生动态再结晶,热机械影响区组织发生明显塑性变形。接头附近组织受焊接热循环和塞棒旋转挤压作用发生明显软化,硬度最低值出现在热机械影响区,约为90HV。当接头存在焊接缺陷时,接头抗拉强度及伸长率较母材大幅降低,而无缺陷焊接接头的抗拉强度及伸长率分别为360.1 MPa和6.45%,接头系数为0.828,断裂方式为韧性断裂。     

2219铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能的不均匀性研究

目的 针对2219铝合金搅拌摩擦焊接头受焊接热作用和机械搅拌作用的影响,极易产生组织和力学性能不均匀的情况,深入研究接头的局部力学性能,为焊接工艺优化提供理论指导.方法 采用显微组织分析与数字图像相关(DIC)技术测试相结合的方法,对2219铝合金搅拌摩擦焊接头的组织和局部力学性能进行表征,并建立搅拌摩擦焊接头各区域的局部力学性能模型.结果 2219铝合金搅拌摩擦焊接头的力学性能薄弱区为热机影响区.试样断裂前该区域局部应力达到345 MPa,局部应变为18.9％,而此时母材应变仅为1.91％.结论 热机影响区的组织在焊接热作用和机械搅拌的双重作用下发生了粗化和软化,导致该区的力学性能降低,是整个焊接接头的薄弱区域.     

铝合金中温自反应钎焊机理的研究

在AlF3-CsF共晶钎剂中添加ZnCl2和SnCl2两种活化物质,制备出可用于钎焊薄板铝合金的中温自反应钎剂。研究钎剂中活化物质含量和T形接头连接面积对接头界面组织与力学性能的影响。采用金相光学显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪对钎焊接头微观组织、相成分、缺陷及断口形貌进行分析。结果表明:当钎剂中两种活化物质添加量都在4%(质量分数)左右时,钎焊接头连接最致密;钎焊时钎剂中的Zn2+和Sn2+与两侧母材中的Al原子发生置换反应生成液态金属Sn与Zn,与Al互溶度大的Zn迅速向母材扩散,而Sn由于在Al中固溶度小,与少量Zn和Al残留在界面上形成低熔点金属层;自反应钎剂易实现小连接面积接头的连接;接头拉伸断口中有大量韧窝存在,抗拉强度达到(58±5)MPa。     

CMT+P焊接电流对5083铝合金焊接接头组织及力学性能的影响

采用不同焊接电流,对3 mm厚5083-H116铝合金板材进行CMT+P焊接试验,并对接头显微组织、拉伸性能、弯曲性能等进行检测。结果表明,焊接电流对接头力学性能和焊缝中心晶粒尺寸有显著影响;焊接电流增大,抗拉强度降低,焊缝中心晶粒尺寸增加。通过对CMT+P焊接参数进行调整,可以获得满足使用要求的焊接接头,抗拉强度281 MPa,达到母材的84.38%;屈服强度163 MPa,达到母材的67.92%;伸长率13.5%,达到母材的75%;焊缝中心为等轴晶,熔合线内侧为柱状晶。      

薄板铝铜搭接搅拌摩擦焊工艺

目的研究铝铜异种材料的搅拌摩擦焊搭接工艺,揭示搭接接头界面行为演变的基本规律。方法对1mm的6061铝合金与1 mm的紫铜薄板进行搅拌摩擦焊搭接焊接,测试焊缝的力学性能,对焊缝组织进行分析。结果焊缝表面成形良好,焊缝内部无缺陷。接头的最高拉伸强度达到1447 N,观察拉伸接头断口形貌,发现断裂均发生在上层铝合金的热影响区。结论接头连接界面区域生成钩状"自锁紧"结构,这种钩状"自锁紧"结构增加了铝铜之间的有效接触面积,有利于提高焊缝连接强度。     

5A02铝合金TG‒TLP焊接接头的组织及性能

目的 研究5A02铝合金温度梯度瞬间液相扩散焊(TG?TLP)焊接接头的组织及性能。方法 采用TG?TLP对5A02铝合金导管进行焊接,研究温度梯度对接头的组织和力学性能的影响,为探究5A02铝合金导管的TG?TLP连接机理提供理论依据。结果 水冷铜块离焊缝的距离d=15 mm,5A02铝合金TG?TLP接头强度最高,达到90.7 MPa。随水冷铜块离焊缝的距离d的减少,接头处熔合线组织形貌由平直状到正弦状最后呈树枝状。当水冷铜块离焊缝的距离d大于15 mm时,熔合线组织形貌由平直状到正弦状,连接界面接触面积增大,接头强度提高;当水冷铜块离焊缝的距离d小于15 mm时,熔合线组织形貌由正弦状最后到树枝状,有大量的界面空隙产生,接头强度降低。结论 焊接接头强度随水冷铜块离焊缝距离的减少呈先增加后减少的变化趋势。     

焊接速度对 7A52 铝合金 FSW 组织及力学性能的影响

目的在保证搅拌速度一定时,针对8 mm厚的7A52铝合金,在不同焊接速度下采用搅拌摩擦焊(FSW)进行焊接试验,研究其焊接接头的显微组织及力学性能。方法利用搅拌摩擦焊机进行对接焊接,焊后制取金相试样观察焊接接头宏观形貌和显微组织,并测定其力学性能。结果7A52铝合金FSW焊接接头焊核区的面积随着焊接速度的增大而增大,当焊接速度为250mm/min时,焊接接头的焊核区面积最大,焊核区的显微组织都为细小的等轴晶,焊接接头横截面的焊核区呈明显"洋葱环"的形貌,而热力影响区的结构特征则呈现出了较高的塑性变形流线层。焊接接头显微硬度分布都呈现出"W"形变化,在焊接速度为150 mm/min时,焊接接头的平均抗拉强度能达到452 MPa,达到了母材抗拉强度的89%。结论通过对不同焊接速度下7A52铝合金FSW焊接接头的组织和性能进行研究,得到了不同焊接速度下焊接接头组织和力学性能。     

2219铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织对微弧氧化膜生长的影响

采用微弧氧化方法在硅酸盐电解液里在2219铝合金搅拌摩擦焊接头表面均匀生长一层50 μm陶瓷膜, 分析了铝合金基体和焊缝区陶瓷膜的形貌、相组成和显微硬度分布, 探讨了合金显微组织和微弧氧化膜生长过程的相互影响. 结果表明, 铝合金显微组织对微弧氧化膜的生长影响较小, 铝合金基体和焊缝区的微弧氧化膜特性几乎相同, 陶瓷膜都是由α-Al₂O₃、γ-Al₂O₃和莫来石(3Al₂O₃·2SiO₂)相组成; 不同区域膜层的显微硬度相等, 其平均硬度约为HV 1500. 另外, 微弧放电高温过程对膜/基界面附近的铝合金显微组织没有影响.     

钛-铝异种合金电子束焊接接头组织与性能研究

采用电子束焊接方法对厚度为2.5 mm的Ti6321钛合金板材和5083铝合金板材进行了对接焊接试验,并进行了力学性能、显微组织测试。结果表明,焊缝的钛侧及其热影响区组织主要是α'相和原始α相混合形成的马氏体组织,铝侧主要为粗大柱状晶组织,钛铝焊缝交界处析出少量Ti Al金属间化合物;焊接接头的拉伸强度约为219 MPa,接头断裂位置主要在铝侧焊缝位置,部分在钛铝两侧焊缝交界处的Ti-Al金属间化合物上。