钛合金激光焊及其接头的显微组织与力学性能

采用光纤激光器对3.5 mm厚TC4合金板材进行焊接,并对焊接接头的显微组织与力学性能进行分析测试,确定了试验条件下的最佳激光焊参数。结果表明,焊缝熔合区组织主要为针状α′马氏体及少量β相,热影响区由α相及少量α′马氏体组成;接头区域的显微硬度在熔合区变化平缓,而热影响区的硬度下降明显。在激光功率为4.0 kW、焊接速度为3.0 m/min时,获得接头的力学性能最佳,焊缝强度与母材本身的强度接近。接头拉伸断口表面存在大量韧窝,呈明显的韧性断裂特征。     

高速列车用铝合金型材激光-MIG复合焊工艺特性和接头性能

激光-MIG复合焊是实现高速列车铝合金车体优质、高效、低成本焊接制造的理想技术。针对高速列车铝合金车体用的3 mm厚6A01-T5铝合金型材，开展激光-MIG复合焊工艺试验，研究工艺参数对焊缝成形及气孔缺陷的影响规律，分析接头的组织特征、硬度分布、拉伸及疲劳性能。结果表明:在满足焊缝熔透条件下，较小的激光功率、较小的电弧电流或较低的焊接速度有益于减少气孔缺陷;接头组织从焊缝中心到母材依次是等轴晶区、柱状晶区、半熔化区、过时效区和母材区，相比电弧主要作用区，激光主要作用区的等轴晶尺寸更小且半熔化区宽度更窄。接头存在软化现象，焊缝区硬度最低，热影响区宽度约1.5 mm;接头的平均抗拉强度达197.5 MPa，为母材抗拉强度的80.6%，试样断裂于焊缝区，表现为明显的韧性断裂特征;接头的疲劳强度为93.5 MPa，裂纹萌生于焊缝表面的组织疏松处，裂纹扩展区断口呈现明显的韧性断裂和脆性断裂的混合断裂特征。     

7075高强铝合金激光填丝焊接组织与力学性能研究

采用光纤激光器对4mm厚的7075铝合金进行激光填丝焊接,对焊接接头的显微组织、相结构、断口形貌、力学性能进行观察和分析。结果表明:焊缝(FZ)边缘组织为柱状枝晶组织,焊缝中心为等轴晶组织;热影响区(HAZ)保留了母材(BM)的轧制长条状形态,但晶粒有所长大。母材的相组成主要为α-Al固溶体、S-Al_2CuMg强化相和η-MgZn_2强化相,焊缝无强化相析出。焊缝区硬度值为各区中最低,热影响区显微硬度呈阶梯式增长。焊接速度为2~4m/min的接头拉伸试样均在焊缝处断裂,抗拉强度最大为母材的67.5%。接头拉伸试样均出现了颈缩现象,断口由大量的等轴状韧窝构成,为韧性断裂。     

不锈钢激光-MAG复合焊接头微区性能研究

激光复合焊可用于不锈钢焊接,但激光复合焊接头热影响区小,组织变化梯度大.研究接头微区性能可以确定接头薄弱环节,为焊接接头的工艺评定和断裂分析提供理论依据.为此,本文对4 mm厚SUS301L-HT不锈钢进行激光-MAG复合焊接,采用维氏硬度、微型剪切和微拉伸等试验,研究了焊接接头焊缝、热影响区及母材的微区力学性能,并结合金相、断口扫描等分析了各微区力学性能的差异.结果表明：焊缝区域组织主要为柱状奥氏体树枝晶+少量的δ铁素体;母材的剪切强度和抗拉强度最高,分别为560和1 066 MPa,其次为复合焊接头热影响区,焊缝区域最差,接头硬度分布规律与各微区强度变化趋势一致;运用数学方法,得出了接头微拉伸强度与微型剪切强度、硬度之间关系的经验公式.接头各微区剪切断口和拉伸断口SEM分析呈现典型的韧性断裂特征.     

热成形淬火对QP1180/22MnB5激光拼焊板组织与性能的影响

目的 对QP1180和22MnB5激光拼焊板进行热成形试验,以解决超高强钢板材焊后的软化问题。方法 选择QP1180和22MnB5异种高强钢作为母材进行激光自熔焊,对焊后的激光拼焊板进行热成形试验,通过体式显微镜、扫描电子显微镜、液压拉伸试验机和维氏硬度计等手段,分析热成形前后激光拼焊板微观组织和力学性能的变化。结果 与焊态拉伸试样相比,热成形试样抗拉强度提高了135%,断后伸长率降低了55%,拉伸试样都在22MnB5母材处断裂,均为塑性断裂。在热成形后,对焊接接头进行组织分析,发现QP1180母材区马氏体含量增加,22MnB5母材区和临界热影响区组织由珠光体和铁素体转变为马氏体,焊接接头热影响区各亚区的组织均转变为大小不同的板条马氏体。硬度测试结果表明,焊态试样焊接接头的QP1180临界区存在软化现象,硬度值最低为335HV,22MnB5侧硬度值由母材处向焊缝升高,母材硬度最低为170HV;而在热成形后,QP1180临界区软化现象消失,硬度值趋于平缓,22MnB5母材处硬度比焊态试样硬度高了2倍。结论 与焊态试样相比,经热成形后激光拼焊板的焊后软化问题得到了解决。     

煤矿机械用Q690高强钢激光-MAG复合焊可行性分析

目的研究激光-MAG复合焊在采煤机Q690高强钢板上的加工工艺,以提高8.8 m高端采煤机电控箱结构焊接接头的加工效率和质量性能。方法对激光-MAG复合焊工艺试验进行试验设计与参数设计,观察接头的显微组织,对接头进行拉伸试验和冲击试验,观察断口形貌。结果焊缝区整体组织性能优于母材,保证采煤机电控箱隔爆性能要求,拉伸断口和冲击断口均表现为韧性断口形貌,但是在冲击断口上观察到明显的气孔。焊缝内存在微量气孔,导致焊接接头结合不紧密,拉伸试验出现了脆性断裂。结论避免焊接工艺设计中出现气孔是激光-MAG复合焊焊接接头满足Q690钢在煤矿机械中使用要求的关键技术。     

激光功率和离焦量对2 000 MPa级热成形钢激光焊接接头组织与性能影响

目的 研究激光功率和离焦量对PHS2000型热成形钢激光焊接接头焊缝区及热影响区显微组织、拉伸特性和硬度分布的影响。方法 采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)分析焊接接头的显微结构;利用拉伸实验和显微硬度实验探究焊接接头力学性能的变化规律。结果 随着激光功率从3 500 W增至4 700 W,焊缝区与热影响区平均晶粒尺寸总体呈上升趋势,抗拉强度先上升后下降,焊缝区平均显微硬度值在635HV~651HV内浮动,热影响区平均显微硬度值在434HV~451HV内浮动;离焦量对焊缝区的组织分布有显著影响,不同离焦量下的组织分布均较为分散,热影响区的晶粒尺寸在离焦量为−3 mm时达到最大,为10.67 μm。在不同激光功率和离焦量下,焊接接头的显微硬度值存在上下浮动,焊接接头各区的显微硬度分布规律基本一致,以焊缝为中心,两侧趋于对称分布。硬度分布规律如下:焊缝区硬度>母材区硬度>热影响区硬度。结论 在本实验条件下,与离焦量相比,激光功率对焊接接头显微组织及拉伸强度的影响更大。在焊接速度为150 mm/min条件下,设置激光功率为4 100 W、离焦量为−2 mm,此时抗拉强度最大,为1 715 MPa,达到母材抗拉强度的85%。     

汽车高强钢SG1000激光复合焊接力学性能研究

目的 针对汽车高强钢SG1000焊接接头恶化等问题,研究了SG1000激光复合焊接的力学性能。方法 选用等强匹配焊丝MG90-G对高强钢SG1000进行激光复合焊接,对焊接接头进行拉伸和低温冲击韧性试验,并结合扫描和硬度监测等手段对焊缝组织和断口形貌进行分析。结果 由于激光的预热作用,高强钢SG1000激光复合焊接成形件的焊缝美观,焊接过程稳定可靠,焊接熔池深度较大,有效改善了传统焊接的咬边、飞溅、气孔等缺陷。焊缝组织主要由板条马氏体和奥氏体晶粒组成,热影响区的过热区内部板条马氏体和奥氏体晶粒比较粗大,而焊接母材主要为细小的板条马氏体和奥氏体晶粒。焊接拉伸断口主要为细小且较浅的韧窝,且韧窝底部存在第二相粒子及夹杂物,焊接拉伸断口断裂于热影响区且微观形貌为韧性断裂;冲击微观形貌主要由准解理小平面及河流花样组成,且存在一定数量大小不一的韧窝交错分布,焊接冲击断口断裂于热影响区且微观形貌也为韧性断裂。结论 焊缝热影响区的晶粒比非热影响区的晶粒粗大,拉伸和冲击断裂均发生于热影响区;随着激光功率的增大,复合焊接接头的力学性能呈现逐渐增强的趋势;随着焊接速度的增大,复合焊接接头的力学性能呈现先增强后削弱的趋势。高强钢SG1000激光复合焊接最佳工艺参数如下:激光功率为9.5 kW,焊接速度为0.8 m/min,对应屈服强度为1 072 MPa,抗拉强度为1 175 MPa,断裂伸长率为13.5%,冲击断裂吸收的能量为30.8 J、焊缝中心显微硬度为342 HV。     

12 mm厚TC4钛合金激光-MIG复合焊接头组织与性能研究

目的 探究TC4激光-MIG复合焊接头显微组织与基本力学性能之间的联系,分析接头不同区域的断裂行为。方法 利用激光-MIG复合焊制备TC4钛合金对接接头,采用光学显微镜和扫描电镜观察接头焊缝区、热影响区及母材的显微组织,在室温下进行了显微硬度测试、拉伸性能测试与断裂韧性测试,并对试样断口进行了观察分析。结果 接头的焊缝区组织为粗大的β相柱状晶,晶内纵横分布着αʹ针状马氏体和针状α相,靠近焊缝一侧的热影响区则由针状αʹ相、α集束与少量细小的块状α相构成。随着远离焊缝中心,母材侧热影响区组织转变为块状的α相、少量α集束及初生β相,并最终趋于与母材组织相似。热影响区的显微硬度值达到最大,这是因为该区域存在比焊缝区更为细小的针状αʹ相。接头的平均抗拉强度和断后伸长率分别为1 020.22 MPa和7.38%。接头在拉伸时主要在焊缝区发生断裂。焊缝区展现出比母材区和热影响区更优异的断裂韧性,平均值为87.14 MPa.m^1/2,焊缝区内纵横交错的网篮组织与集束是其断裂韧性较高的主要原因。结论 在TC4钛合金的激光-MIG复合焊过程中,针状α相和αʹ马氏体的存在会提高焊缝的显微硬度和断裂韧性,但相较于母材塑性没有提升,通过调控焊缝区显微组织结构,可以获得所需性能的接头。     

异种高熵合金CuCoCrFeNi和AlCoCrFeNi的激光焊接头组织和性能研究

为开展异种高熵合金激光焊接性研究,采用光纤激光对1.2 mm厚的异种高熵合金CuCoCrFeNi和AlCoCrFeNi实施了对接焊试验,利用金相观察、EDS、XRD和显微硬度计等方法对接头组织和性能进行测试.研究表明:在经历焊接热循环后,HAZ的金相组织没有发生明显变化;在FZ附近发现两种不同类型的显微组织(柱状晶和胞状晶),WM中心区由等轴晶组成;WM区内各元素均匀分布,FZ附近区域焊缝晶界处存在Cu、Al元素的偏聚,与母材相比,该偏聚现象明显减弱;焊缝横截面的显微硬度略高于CuCoCrFeNi合金,远低于AlCoCrFeNi合金;异种接头拉伸试样断裂位置发生在AlCoCrFeNi合金母材处,接头的抗拉强度σb为166 MPa,断口形式为解理断裂,其断口形貌为扇形花样与河流状花样(无撕裂棱).与母材组织相比,焊缝区晶粒明显细化,且焊缝仍为高熵合金.     

ZK60镁合金光纤激光焊接工艺参数及接头性能研究

目的 采用光纤激光对ZK镁合金进行焊接,分析焊接工艺参数对焊接接头性能的影响规律。方法 采用正交实验方法,在焊接过程中对焊接主要的工艺参数比如:激光的功率,焊接的速度,离焦量进行三因素三水平正交实验,采用拉力实验机对焊接接头进行抗拉强度测试,得到抗拉强度最大的工艺参数组合。对焊缝微观组织及断口形貌进行分析。结果 当激光功率为1 400 W、焊接速度为40 mm/s、离焦量为3 mm时,焊缝抗拉强度达到最高的308 MPa,达到母材抗拉强度的95%。结论 在合适的工艺条件下,光纤激光焊接过程中,如果热输入较低,焊接速度过快,导致熔池冷却速度非常快,同时细化了晶粒,提高焊缝接头的综合力学性能。     

Q960E超高强钢焊接接头组织和性能研究

目的 对Q960E超高强钢的焊接工艺进行研究以获得高强高韧的焊接接头。方法 选择超高强钢Q960E作为母材、FK1000ER120S–G焊丝作为填充材料进行MAG焊,采用改变焊接电流的方式来研究焊接热输入对焊接接头组织和性能的影响。结果 当焊接电流为155～230 A时,均获得了全焊透无明显缺陷的焊缝。随着焊接热输入的增大,焊接接头中各亚区宽度增大,其中焊缝区变化最为显著,在最小热输入条件下焊缝宽度为3.98 mm,在最大热输入条件下焊缝宽度增至5.53 mm。对焊接接头进行组织分析发现,焊缝组织主要为针状铁素体和板条马氏体;完全相变区组织主要为板条马氏体;未完全相变区组织主要为回火马氏体和部分重结晶形成的马氏体。硬度测试表明,在热影响区的回火区发生了软化现象,最低硬度仅为290HV;在完全相变区发生了硬化现象,硬度最大值可达500HV。在不同热输入条件下,焊接接头各亚区硬度变化趋势一致,焊接接头抗拉强度为995～1 076 MPa,拉伸试验均断裂在热影响区,断后伸长率为9.33%～10.21%,断裂时存在颈缩现象,为韧性断裂。随着热输入的增加,粗晶区马氏体板条束宽度增大,未完全相变区...     

不锈钢/铝合金异种金属激光-MIG熔钎焊工艺研究

分别采用激光-MIG复合焊和单MIG焊,实现了2mm厚的304不锈钢和6061铝合金对接接头的熔钎焊,对比了不同焊接热源对接头显微组织、界面层化合物及力学性能的影响。结果表明,采用激光-MIG复合焊可以获得性能良好的不锈钢-铝对接接头。激光-MIG复合焊接头的界面层化合物为FeAl_2和Fe_4Al_(13),厚度约为5μm;而单MIG焊接头的界面层化合物厚度约为3μm,主要为Fe_4Al_(13)。激光-MIG复合焊接头的抗拉强度为105MPa,比单MIG焊接头提高了10.8MPa,达到铝合金母材的33.9%。接头试样拉伸断裂均起裂于钎焊界面处,并向余高处扩展,且由脆性断裂转变为韧性断裂。     

车用TRIP590钢光纤激光焊接接头组织与性能研究

为了促进先进高强钢激光焊接技术的发展,采用光纤激光器对1.5mm厚的TRIP590钢板进行焊接,对焊接接头的微观组织、硬度以及拉伸性能进行了研究,分析了焊接速度对组织、性能的影响。结果表明:焊缝组织主要为板条状马氏体,热影响区可分为完全淬火区和不完全淬火区。焊接接头硬度分布不均匀,在热影响区或焊缝处硬度最高。随着焊接速度提高,热影响区马氏体含量增多,贝氏体含量减少,热影响区和焊缝组织变得细小。焊接速度为3~5m/min时,拉伸试样均断裂在母材,断后延伸率均超过30%,随着焊接速度提高,断后延伸率也有所提高,强塑积(PSE)均在20000MPa%以上,拉伸变形过程中相变诱发效应显著,大部分残余奥氏体转变为马氏体,在提高材料塑性的同时也提高了强度,实现了高强度和高塑性的统一。     

X70大变形管环焊接头及断裂机制研究

目的基于应变设计大变形管线环焊接头热影响区的软化问题,解决制约管线安装质量和服役寿命等难题。方法通过显微硬度测试、微观组织分析,研究了X70大变形管接头热影响区的软化原因,并利用数字相关法研究了焊接接头拉伸过程中的断裂机制,还对焊接接头热影响区进行了激光增强探索。结果 X70焊接接头热影响区粗晶区的最大硬度损失达HV0.239;软化区最大应变达到37%以上;经过热影响区激光重熔后,X70钢焊接接头抗拉强度可提高10%以上,断裂位置均位于母材。结论 X70焊接接头热影响区粗晶区存在明显的软化;拉伸过程中在软化区出现了明显的应变集中,是X70焊接接头断裂于近缝区的主要原因;焊接接头热影响区粗晶区粗大的粒状贝氏体和铁素体导致了焊接接头热影响区的软化。     

焊接方法对铝合金焊接接头微弧氧化色差的影响

目的 分析铝合金焊接接头微弧氧化过程中色差产生的原因。方法 采用单激光和激光-MIG复合焊2种焊接方法焊接2A12铝合金,利用RGB值定性描述不同焊接试样的色差差异大小,采用金相、SEM和微区XRD观察2A12铝合金单激光和激光-MIG复合焊接头微弧氧化前后的组织、微观形貌和表面物相组成。结果 经微弧氧化处理后,2A12铝合单激光焊焊件的焊缝和母材之间无明显色差,2A12铝合金激光-MIG复合焊焊件的焊缝和母材之间存在明显色差,结合金相组织、表面和截面的SEM形貌以及表面EDS和XRD测试分析结果可知,成分和表面熔融物颗粒的大小不同是铝合金焊接接头微弧氧化色差形成的主要原因,焊接接头的组织对铝合金焊接接头微弧氧化色差的产生没有影响。结论 单激光焊接接头微弧氧化后的氧化色差较激光-MIG复合焊接头的小;铝合金(2A12)焊接接头产生氧化色差主要是因为焊接接头的成分和表面熔融物颗粒大小不同,而组织对色差无影响。