高强钢电阻点焊数值模拟及金相研究

针对常用的超高强度钢点焊件进行研究,利用有限元软件对1.5 mm厚的超高强度热成形钢点焊熔核的形成过程进行了数值模拟,对点焊过程中的温度场分布进行了详细的分析,分析了熔核的生长规律和影响因素。通过点焊接头的金相组织研究了焊接接头不同区域的金属组织,发现点焊热影响区可以分为不完全重结晶区、细晶区以及粗晶区;而熔核区为柱状晶形态的马氏体组织,熔核热影响区组织分布不均,夹杂着铁素体,热成形钢母材主要为比较细小的马氏体组织,硬度以及强度都很高。     

点焊搭接接头中的应力分布及接头疲劳行为研究

基于实际点焊接头硬度分布的分析,建立了包括熔核,热影响区和母材的单点点焊搭接接头计算模型。用三维弹塑性有限元分析方法,全面分析了点焊搭接头的应力分布情况。分析结果表明：接头搭接区内表面上焊点边缘处的应力集中是接头高周疲劳裂纹起裂和扩展的决定因素。焊点边缘附近区域中的存在的高应力,导致高周疲劳裂纹由强度较低的母材起裂并扩展。     

焊接工艺参数对7B04-T6铝合金搅拌摩擦点焊接头疲劳性能的影响

在不同回填时间、插入时间、插入深度、旋转速度下对1.5mm厚7B04-T6铝合金板进行回填式无匙孔搅拌摩擦点焊,对接头进行拉-拉疲劳试验,研究了焊接工艺参数对接头疲劳性能的影响。结果表明:不同焊接工艺下接头均分为焊核区、热机影响区、热影响区和母材,在热机影响区的两板结合区存在钩状缺陷;焊接工艺参数对接头疲劳寿命的影响程度从弱到强的顺序为回填时间、插入时间、插入深度、旋转速度;在旋转速度为2 500r·min~(-1),回填时间为2s,插入深度为1.9mm,插入时间为3s下,接头的疲劳寿命最高,可达211 919周次,疲劳裂纹萌生于两板结合区的钩状缺陷处。     

TRIP980高强钢/SPCC低碳钢的异种钢电阻点焊工艺优化及接头性能分析

以厚度均为1.5 mm的TRIP980高强钢/SPCC低碳钢的异种钢板电阻点焊接头为研究对象,以接头剪切拉伸载荷为评价指标,运用正交试验优化其焊接参数,采用极差法和方差法对结果进行分析,随后增加焊前预热条件,分析对比相同焊接电流、焊接时间、电极压力参数下采用预热和无预热时点焊接头的剪切拉伸载荷,利用电子拉伸试验机、金相显微镜和显微硬度仪分别对预热和无预热两种条件下较优焊接参数时的点焊接头性能及显微组织进行测试和分析,研究TRIP980高强钢/SPCC低碳钢的异种钢板电阻点焊接头力学性能及接头各区域的金相组织、硬度特点。结果表明:运用焊前预热能够获得性能良好的点焊接头,相同焊接参数情况下,预热点焊接头的剪切拉伸载荷比无预热高5.5%以上;两种条件下较优焊接参数时,无预热点焊接头为脆性断裂,预热点焊接头为韧-脆混合断裂;采用预热获得的点焊接头组织比无预热更为致密;预热点焊接头熔核和母材的硬度比无预热时有所下降,熔合线硬度过渡平缓。其主要机理是,预热使点焊接头熔核周边优先发热,热影响区扩大,熔核韧性提高和熔核周边应力集中缓解,从而提高了点焊接头的强度。     

不锈钢薄板储能焊点焊接头的显微组织与力学性能

对0Cr18Ni9奥氏体不锈钢0.4 mm薄板进行了储能点焊试验,对其接头的显微组织和力学性能进行了分析研究。结果表明:焊接接头由熔核区、热影响区和熔核区向热影响区过渡的熔合区组成;熔核区显微组织由等轴奥氏体组成,由于储能焊极短的焊接时间和大的冷却速率,使熔核区的组织显著细化且具有快速凝固特征,其它区域组织与母材相当;当焊接电压为160 V、电极压力为18 N时,可获得有较高力学性能的焊接接头,其显微硬度为235.32 HV、抗剪强度为156.8 MPa。     

CP780镀锌复相钢板电阻点焊焊接特性

对1.5 mm厚CP780镀锌复相钢板进行电阻点焊,研究了其焊接电流窗口、显微组织和力学性能,评估了点焊过程中电极的使用寿命.结果表明:试验钢板电阻点焊的焊接电流窗口为6.0～8.0kA,最大和最小焊接电流下焊缝组织均主要为板条状马氏体,热影响区组织则主要由马氏体和部分铁素体组成;最大和最小焊接电流下熔核区硬度高于热影响区,且热影响区均存在软化区;最大焊接电流点焊接头的最大剪切力和最大正拉力分别为21.80,10.56 Kn,比最小焊接电流下分别提高了51.8％,38.0％;在最大焊接电流下连续焊接2000点后,熔核直径仍均大于临界熔核直径,电极使用寿命超过2000点.     

TC2钛合金焊缝与母材性能对比试验研究

对TC2钛合金焊接接头进行硬度测试以及拉伸、疲劳对比试验，并观察全部疲劳断口，分析焊接接头光滑试样的疲劳性能与影响因素。结果表明，焊缝区的硬度最高，约高于母材50HV，塑性较差，焊缝中的微观焊接缺陷是不可避免的，是影响焊接接头疲劳寿命的主要因素；热影响区的硬度较低，塑性较好，其拉伸强度是焊接接头部位的最薄弱区，但却有较好的疲劳性能。在99％可靠度的前提下，焊接接头的疲劳寿命约为母材寿命的46％。     

DP780双相钢电阻点焊接头的显微组织和力学性能

通过电阻点焊对2.0mm厚DP780双相钢板进行焊接,通过接头的焊接质量检验得到了较佳的焊接参数,并研究了接头的显微组织、剪切力和显微硬度。结果表明:较佳的点焊工艺参数为焊接压力5kN,焊接电流9~10.5kA,焊接时间320~400ms;在较佳的焊接工艺下,点焊接头的熔合区主要为马氏体,热影响区主要由尺寸较小的马氏体、铁素体和贝氏体组成;当焊接电流为9.5kA、焊接时间为400ms、焊接压力为5kN时,点焊接头的剪切力和熔核直径均达到最大,分别为32.58kN和7.9mm;在相同的点焊时间和压力下,随着焊接电流增大,熔核区的显微硬度降低。     

焊接速度对TRIP590高强钢激光焊接接头组织与力学性能的影响

采用光纤激光器对1.5mm厚TRIP590钢板进行对接焊,观察了接头的宏观形貌和显微组织,测试了其硬度和拉伸性能,分析了焊接速度(0.050,0.067,0.083m·s~(-1))对焊缝成形、接头组织与力学性能的影响。结果表明:较低和较高的焊接速度均不利于焊缝成形,焊缝表面均有较大的凹陷,焊接速度对组织与性能影响不大;焊缝区和近焊缝热影响区组织主要为马氏体组织,该区硬度较高,约为母材的2倍;近母材侧热影响区组织主要为铁素体和马氏体组织,且距焊缝越远,马氏体组织越少,硬度也急剧下降;焊接接头的屈服强度和抗拉强度均稍高于母材的,塑性略低于母材的;接头均在母材区发生断裂,且为韧性断裂。     

5mm厚6005A-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头的组织及性能

采用自主设计的双轴肩搅拌工具对5mm厚6005A-T6铝合金进行搅拌摩擦对接焊,研究了接头的组织和性能。结果表明:焊缝成形较好,焊接接头由焊核区、热机影响区、热影响区及母材组成,前进侧热影响区和热机影响区分界明显;接头横截面硬度呈"W"形分布,前进侧热机影响区和热影响区界面处硬度最小,约为60HV;接头的抗拉强度为205 MPa,拉伸断裂方式为韧性断裂,断裂位置位于前进侧热机影响区和热影响区界面处;接头的条件疲劳极限为96.6 MPa,裂纹源为靠近上表面的氧化物夹杂,疲劳断口瞬断区呈韧窝形貌。     

G20Mn5铸钢MAG焊接接头的组织与力学性能

采用单面两道焊方式对8 mm厚G20Mn5铸钢板进行熔化极活性气体保护电弧(MAG)对接焊,研究了接头的显微组织、硬度、拉伸性能、疲劳性能。结果表明:接头表面成形良好,无明显的焊接缺陷;接头由母材、热影响区、焊缝组成,其中热影响区可分为不完全正火区、正火区和过热区;由母材到焊缝中心,接头硬度整体呈先升高后降低的趋势,熔合处的硬度最高,达到70HRB左右,焊缝的硬度为55～60HRB,略高于母材的;接头的抗拉强度明显高于母材的,而断后伸长率低于母材的;接头的高周疲劳强度与母材的相当,且断裂位置均位于热影响区。该接头的性能满足设计要求。     

静轴肩FSW铝合金6061-T4板的T形接头组织特征及动静载特性研究

利用自主开发的静止轴肩焊接工具及工装,在不同的焊接参数下均获得到了外观成形良好、无焊接缺陷的T形接头,并对接头内部成形、显微组织、硬度、静载强度和疲劳性能及疲劳失效机制进行了研究。研究结果表明铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊T性接头内部质量良好,无缺陷,接头表面存在表面超细晶区,且焊核区内部由于流动状态不同导致组织及硬度存在一定差异,T形接头底板及筋板硬度较母材有不同程度的降低,底板和筋板拉伸试验均断裂于接头热影响区,在优化的参数下底板和筋板方向的接头系数均高于0.7,在2×10⁶疲劳寿命下的特征疲劳强度可达101.0 MPa,远高于IIW建议的设计准则。焊接速度对接头疲劳性能及疲劳失效机制影响较大,疲劳裂纹萌生于T形接头底板和筋板过渡处,低焊速时断裂机制为穿晶断裂,高焊速时由于晶界稳定性差,断口呈现穿晶断裂和晶间断裂的混合形貌。完成了铝合金T形接头的无缺陷焊接及组织性能研究,为铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊T形接头在新型轻量化航天器密封舱结构中的应用提供了技术支撑。     

25Cr2Ni2MoV钢焊接接头的超高周疲劳特性

对25Cr2Ni2MoV钢焊接接头开展常温拉压条件下的超高周疲劳试验,并对失效试样进行断口分析,研究焊接接头的疲劳失效机理。结果表明,疲劳寿命曲线呈现阶梯状:在高应力短寿命区,疲劳断裂发生在试样母材区较多,多为表面或次表面夹杂物裂纹萌生;在低应力长寿命区,疲劳断裂发生在试样焊缝区较多,多为内部气孔裂纹萌生。断口分析发现:缺陷(裂纹源)尺寸较小或者越靠近试样内部,疲劳寿命越长,且较小缺陷同内部较大缺陷具有相似的裂纹萌生潜力。通过有限元模拟疲劳试样内部微缺陷处的应力分布得出,焊缝区气孔和夹杂物周围的应力集中程度大于母材区夹杂物。结合断口分析发现,母材区弥散分布的粒状颗粒夹杂物数量较多,并且聚集起来会形成更大的缺陷,相比焊缝区夹杂物更容易萌生疲劳裂纹。     

热成形钢磁控电阻点焊工艺实验

热成形钢在车身中的逐步应用对传统钢制车身中应用最为广泛的电阻点焊技术提出了挑战。磁控电阻点焊技术是一种在传统电阻点焊工艺基础上形成的新兴磁辅助加工技术,拥有较好的应用前景。通过实验方法,在热成形钢电阻点焊过程中施加不同强度的外加磁场,通过对比分析接头熔核的宏观形貌、微观组织与力学性能的变化规律,系统研究外加水平磁场对热成形钢点焊接头的影响,结果表明:在外磁场的影响下,HS1300T铝硅镀层热成形钢的熔核直径和接头拉剪强度都明显增大,并且熔核中心产生的裂纹、缩孔等焊接缺陷都受到了有效的抑制。同时外磁场明显细化了熔核区域的晶粒,熔核边缘粗大马氏体的方向性明显减弱,熔核区硬度分布更加均匀。     

AZ31B镁合金搅拌摩擦焊接头的显微组织及耐腐蚀性能

对AZ31B镁合金板进行了搅拌摩擦焊,研究了焊接接头的显微组织、物相组成、硬度及耐腐蚀性能。结果表明:该接头焊核区为细小均匀的等轴晶,热机械影响区晶粒得到细化但沿金属塑性流动方向被拉长,热影响区的显微组织与母材区的比较接近,但其晶粒略粗大;与接头母材区相比,焊缝的物相组成未发生变化,各区的硬度有所降低且硬度随距焊缝中心距离的增加呈先减小后增大的变化趋势,硬度最低处位于热机械影响区内;接头的耐腐蚀性能略低于母材的,浸泡腐蚀后接头表面发生全面腐蚀,但各区域的腐蚀程度并不相同,热机械影响区的腐蚀最严重。     

7050铝合金搅拌摩擦焊焊接接头的组织与冲击韧性

用优选后的工艺参数对6.3 mm厚7050铝合金板进行搅拌摩擦焊对接焊接,分析了接头的组织与冲击韧性。结果表明:接头的焊核和轴肩影响区组织为细小等轴晶,热影响区组织稍有粗化现象,前进侧热机影响区晶粒发生了较大程度的变形,后退侧晶粒变形程度较小;接头显微硬度呈"W"形分布,热影响区和热机影响区的硬度较低,母材和焊核区的硬度较高,焊核区硬度从底部到顶部依次增大;接头冲击韧性优于母材的,焊核区、热影响区和母材冲击断口中有较多的韧窝,呈典型的韧性断裂特征。     

冷轧DP590双相钢板脉冲激光焊接接头的组织及性能

采用脉冲激光对接焊接1.0 mm厚冷轧DP590双相钢板,研究了焊接接头的显微组织、力学性能及成形性能。结果表明:焊缝区、热影响区、母材区的显微组织分别为板条马氏体,铁素体和板条马氏体、铁素体和马氏体;焊缝区、热影响区、母材的平均硬度分别为344,275,205HV;焊接接头拉伸断裂位置出现在母材区,为韧性断裂;杯突试验过程中裂纹在焊缝中心处形成后垂直于焊缝向热影响区和母材扩展,裂纹在焊缝区切断马氏体板条扩展,而在热影响区和母材区则沿着铁素体和马氏体界面扩展;焊接接头具有良好的成形性能,其杯突值为母材的81.9%,可满足实际生产要求。     

TC21钛合金电子束焊接接头超高周疲劳行为研究

采用超声疲劳试验方法(20 k Hz),研究TC21钛合金电子束焊接接头的超高周疲劳性能与断裂机理。结果表明,TC21钛合金电子束焊接接头的疲劳性能要远低于母材的疲劳性能。在短寿命阶段,电子束焊接接头和母材的疲劳裂纹均在表面萌生;当寿命增大时,两者疲劳裂纹的萌生位置均由表面转向内部,母材的疲劳裂纹主要萌生于内部显微组织,而电子束焊接接头疲劳裂纹主要萌生于内部焊接气孔缺陷。当寿命较长时,疲劳源区会出现"鱼眼"形貌特征,源区附近有白色颗粒状细晶区,即细晶区(Fine granular area,FGA),其应力强度因子在2.90~3.33 MPa·m1/2,与疲劳寿命没有直接关系,可以认为是疲劳裂纹扩展门槛值。此外,基于AKINIWA小裂纹扩展理论,定量分析气孔尺寸与TC21焊接接头疲劳极限、疲劳应力的关系。     

动车铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能的研究

分析了动车用6005A铝合金的搅拌摩擦焊接头的显微组织及疲劳性能。研究表明:接头表面有Al2O3生成,接头焊核区是细小的等轴晶,并有"洋葱环"形貌,热影响区晶粒粗大,接头的疲劳强度低于母材,但高于MIG焊,疲劳断口为韧窝与准解理的混合断口。     

B级铸钢与Q450NQR1钢焊接接头的组织与性能

用光学显微镜、显微硬度计、扫描电镜及三点弯曲疲劳试验机等研究了B级铸钢与Q450NQR1钢焊接接头的组织与性能。结果表明:其焊缝组织为细小树枝状铁素体+珠光体,B级铸钢侧热影响区近焊缝区有马氏体组织;焊缝硬度达240～295HV,高于两侧母材的;B级铸钢侧热影响区硬度波动最大,硬度也最高,达370HV;与焊态相比,焊趾处打磨可使接头疲劳强度提高12%,整体喷丸可提高15%;在循环载荷作用下,焊接接头多在焊根处起裂。