装甲钢焊接技术研究进展

装甲钢是一种用于作战装备的保护性合金材料,装甲钢的焊接是装甲钢结构的主要连接方式。从装甲钢的裂纹类别、特点以及其形成原因出发,介绍了装甲钢焊接材料、焊接工艺和提高焊接接头性能的措施。主要包括奥氏体焊条、铁素体焊条及奥氏体/铁素体双向焊条;电弧焊、CO2气体保护焊、熔化极气体保护焊、修复装甲钢裂纹的铝热焊、机器人焊,激光焊等焊接工艺;焊后热处理、超声波冲击法、焊趾砂轮打磨法与钨极电弧焊法。并在装甲钢焊接技术研究现状分析的基础上,提出装甲钢焊接技术今后的改进措施与发展方向。     

不同氮含量焊丝熔化极气体保护焊高氮钢的微观组织与力学性能

为研究不同氮含量焊丝对高氮钢焊缝组织性能的影响,采用自制的0.46［N］、0.61［N］、0.84［N］3种不同氮含量焊丝进行高氮钢熔化极气体保护焊焊接工艺试验。测试分析3种成分焊丝焊缝的固氮效果、气孔倾向、微观组织及力学性能。结果表明：随着焊丝氮含量的增加,焊缝氮含量升高,气孔倾向也增大;3种焊丝焊缝组织均由奥氏体+铁素体组成,焊缝组织形态主要取决于焊缝的凝固模式,由焊缝中的各种合金元素共同作用决定;焊缝力学性能主要受铁素体含量及其分布的影响,铁素体含量越高且呈沿晶分布,焊缝硬度、强度越高,韧性越差;当焊缝凝固模式为奥氏体凝固模式、奥氏体-铁素体凝固模式时,焊缝氮含量越高,焊缝拉伸性能越好;气孔缺陷主要影响焊缝的冲击韧性,气孔增多,焊缝冲击韧性下降。     

高氮奥氏体不锈钢与603马氏体高强钢焊接接头组织及性能

高氮奥氏体不锈钢与603马氏体高强钢因优越的力学性能在装甲防护领域具有广阔的应用前景。根据“低强匹配”原则,采用ER307Mo奥氏体不锈钢焊丝对30 mm厚的高氮奥氏体不锈钢和603马氏体高强钢脉冲熔化极惰性气体保护焊对接焊接,并分析焊接接头微观组织及力学性能。研究结果表明：试验得到了表面成形良好、内部无裂纹、未熔合等缺陷的焊接接头;焊缝组织主要为奥氏体以及被奥氏体基体包围的铁素体树枝晶,高氮奥氏体不锈钢熔合线附近组织主要为奥氏体,603钢熔合线附近组织主要为条片状马氏体、贝氏体以及回火马氏体;接头的断裂形式以韧性断裂为主,存在少量的解理断裂特征,能谱仪点扫描结果表明,韧窝中心的第2相粒子为富Fe的碳化物;焊接接头的平均抗拉强度达722 MPa,平均断后延伸率达20.2%;焊缝金属的动态屈服强度为913 MPa,最大工程应力为2 045 MPa,抗冲击性能优于603钢母材。     

焊丝药芯成分中FeSi45和FeS的添加量对焊缝金属润湿铺展性的影响

焊缝金属的润湿铺展性对装甲装备备件的焊接快速成形精度具有重要影响。采用焊缝熔宽、余高和润湿角表征焊缝金属的润湿铺展性,通过单道焊试验研究了焊丝药芯成分中FeSi45 和FeS 的添加量对焊缝金属润湿铺展性的影响规律,采用高速摄像研究了焊丝的熔滴过渡形式。结果表明:药芯成分中FeSi45 和FeS 的添加量分别为11. 21%、0. 2%时,可以获得润湿铺展性较好的焊缝;在小电流焊接条件下,药芯中添加FeSi45 和FeS 不会致使熔滴过渡形式发生改变,仍为大滴过渡,并且熔滴过渡稳定,无明显飞溅;在大滴过渡情况下熔滴的热焓较大,是焊缝金属润湿铺展良好的重要原因。     

低密度钢与异种钢的焊接工艺研究

采用半自动MIG焊接方法,焊接材料选用奥氏体不锈钢焊丝,对低密度钢与6211、616、Q235钢进行焊接工艺试验,考察低密度钢与异种钢的焊接可行性。结果表明:在纯氩保护气氛条件下,低密度钢与6211、616、Q235钢焊接时焊缝熔池金属流动性较差,但可获得具有良好表面和内部质量的焊缝,低密度钢与6211、616钢焊接接头抗拉强度为低密度钢母材的60%以上,断后伸长率在12%以上,低密度钢与Q235钢焊接接头的抗拉强度基本与Q235钢母材等强。     

Fe-Mn-Al-C系低密度钢焊接性能研究

针对12 mm厚Fe-Mn-Al-C系低密度钢热轧试验板,采用半自动MIG焊接工艺,焊接材料选用奥氏体不锈钢焊丝,对低密度钢的焊接性进行试验研究,重点考察低密度钢的焊接抗裂性、焊接工艺性及接头力学性能。结果表明:在纯氩保护气氛条件下,低密度钢同种材料的焊接具有良好的可焊性和优良的焊接抗裂性;焊接接头平均抗拉强度为750.7MPa,平均断后伸长率为11.0%。     

不锈钢管打底焊接工艺的进展

综述了不锈钢管打底焊接技术的进展，指出了各种方法的特点及应用场合，认为药芯焊丝（棒）TIG，细径混合气MAG以及实芯焊丝混合气TIG是我国现阶段应大力推广的打底焊工艺。     

低碳钢（F＋A）双相组织高温变形时的动态复原机制

采用压缩试验，研究了普通低碳钢不同组织形貌铁素体加奥氏体（Ｆ＋Ａ）双相组织高温变形过程中的动态复原机制及其特点。试验发现，铁素体相发生动态回复，而奥氏体相则发生动态再结晶。当原始组织中存在Ａ／Ａ晶界时，奥氏体相的动态再结晶机制与通常的大角晶界凸出形核机制相同；而当原始组织中不存在Ａ／Ａ晶界时，奥氏体相的动态再结晶机制则完全改变，动态再结晶核心主要在变形较剧烈的Ｆ／Ａ相界面处形成并向奥氏体晶内长大。相界面的存在对铁素体相的动态回复过程没有明显影响。     

不锈钢的高效、低成本、自动化焊接技术——CO_2气保护不锈钢药芯焊丝电弧焊

:简要回顾了不锈钢及不锈钢焊材的发展历程 ,论述了不锈钢药芯焊丝电弧焊是一种高效、低成本、自动化的不锈钢焊接技术。综述了不锈钢药芯焊丝电弧焊焊接冶金的研究现状 ,指出不锈钢药芯焊丝电弧焊在我国具有广阔的应用前景     

保护气配比对高氮钢焊丝接头组织性能的影响

对高氮奥氏体不锈钢焊缝进行固氮,在多元活性保护气氛条件下,用氮的质量分数为0.46％的高氮钢焊丝进行焊接试验,研究保护气体不同氮气配比对焊丝接头的固氮效果、气孔敏感性、显微组织及力学性能影响.结果表明:随保护气体中氮气配比增加,焊丝接头的氮含量先增大后趋于稳定,气孔倾向先减后增;焊缝组织中奥氏体枝晶变粗,枝晶间距增大;当氮气配比为15％时,接头的抗拉强度和断后伸长率最大,分别为905 MPa和21.2％,冲击韧性受氮含量及气孔的共同影响先增后减.     

焊接工艺参数对A-TIG焊的焊缝成形影响

研究了奥氏体不锈钢A-TIG焊和普通TIG焊在焊接工艺参数不同时对其焊缝成形的影响。试验结果表明;在相同的焊接工艺参数下,与普通TIG焊相比,涂活性化焊剂的A-TIG焊的焊缝熔深有显著增加,而熔宽明显减少;在涂敷的活性化焊剂成分和涂层厚度相同时,与普通TIG焊一样,A-TIG焊的焊缝熔深也是随焊接电流的增加或焊接速度的减少而增大的。     

616高强钢单双丝MIG焊接性对比研究

采用双丝MIG、单丝MIG焊接工艺在相同条件下对616高强钢进行了焊接。分析焊缝内部的质量、焊接接头的组织、焊接接头的强度,对比两种工艺的焊接效率和线能量,研究结果表明:在焊缝内部质量、焊接强度方面,双丝焊优于单丝焊;在焊接效率上,双丝焊是单丝焊的3倍;在单位线能量上,双丝焊比单丝焊降低了32.1%。     

装甲钢温度-组织-应力耦合本构模型的建立及在焊接模拟中的应用

装甲钢焊接热循环过程中固态相变对焊接残余应力的演变及大小有着重要影响,而现有的有限元软件本构模型无法考虑固态相变的作用。在传热学、固态相变理论和连续介质力学的基础上,建立了温度－组织－应力耦合的本构模型,本构模型中综合考虑了固态相变引起的体积变化、力学性能变化和相变塑性对焊接残余应力的影响,采用ABAQUS子程序UMAT通过二次开发将该本构模型嵌入通用有限元软件中,对装甲钢平板对接焊进行研究,获得了装甲钢焊接热循环过程中温度、组织及残余应力变化规律。研究结果表明：装甲钢平板中断面表面宽度方向,在纵向残余应力表征上,耦合本构模型的模拟结果与X射线衍射测量结果具有较好的一致性,验证了耦合本构模型的正确性,并表明相变塑性对相变区的残余应力存在一定的松弛作用;对于装甲钢近缝区纵向残余应力大小：完全相变区＜部分相变区＜未发生相变区。     

50CrV钢激光填丝焊焊缝成形多元非线性回归模型

在焊接50CrV薄板时,焊缝熔深要求控制在2 mm.为获得特定要求的熔深,基于响应面设计方法,采用实验设计软件Design-Expert 8.0对50CrV钢激光填丝焊焊接工艺进行了实验设计。实验过程中,以特定的焊缝熔深(2 mm)、最小化熔宽及余高为响应;以激光功率、焊接速度、送丝速度与离焦量作为控制变量,测量描述焊缝特征的响应数据,并建立其与焊接参数之间相关性的数学模型,通过方差检验确定了所建立的数学模型准确性。模型分析结果表明：激光功率、焊接速度、送丝速度与离焦量4个主因素对焊缝成形有直接的影响;根据优化结果得到最佳焊接条件,激光功率3.17～3.33 kW,焊接速度1.30～1.40 m/min,送丝速度4.0～4.23 m/min,离焦量3.1～4.5 mm,此时可获得满足焊接要求的熔深、熔宽和余高;实验验证了预测结果与实际焊接结果相一致,可用于指导实际生产。     

2A12T4激光焊接技术

为研究飞机2A12T4铝合金的结构件的激光原位修复技术,使用光纤激光器进行了2A12T4铝合金焊接。通过对焊缝宏观形貌、金相组织的分析以及显微硬度的测试,分析了工艺参数对焊接成形性及组织性能影响。结果表明:在高功率高速度激光焊接时,焊缝成形具有一定的不稳定性;气焊熔剂能明显改善焊缝表面的氧化程度,并细化焊缝晶粒;热影响区存在明显的软化区。由于形变强化、时效强化作用的消失以及高温下低熔点合金元素烧损,焊缝中心区硬度仅为母材的66.1%。在获得稳定焊透的前提下,降低激光功率可显著改善热影响区内软化现象,提高焊缝整体硬度,焊缝中心区硬度为母材的75.56%。     

多组元活性剂对TIG焊焊缝熔深的影响

利用数理统计理论发展起来的配方均匀设计方法建立数学模型，研究了Si02 - Mg0-Ti02 - Cr2 03多组元活性剂。讨论了各组元对低合金高强钢TIG焊焊缝熔深的影响，揭示了活性剂的成分同熔深之间的内在关系，给出了活性剂成分与熔深之间的定量描述回归方程。结果表明：Mg0与Cr203，Mg0与Ti02，Cr203与Ti102交互作用对熔深起正交互作用，其交互作用结果使熔深增加；利用最佳成分配比做成活性剂配方A，在相同焊接工艺参数下，涂敷活性剂A的实测焊缝熔深是未涂活性剂焊缝的2.3倍；活性剂Si02、Cr203.Mg0在母材的阳极表面形成的导电性较差的熔融层，使得电弧导电通道变长和电弧等离子体发生收缩，熔深增加。     

30CrNi3MoV钢单/双丝焊缝组织与性能研究

采用单/双丝CO2气体保护焊分别对30CrNi3MoV钢进行焊接,并进行焊接接头的组织、力学性能及抗裂性等方面对比研究。结果表明:两种方法都能获得熔合良好、无夹渣等缺陷的接头,但双丝焊获得的焊缝硬度值和强度均值都高于单丝焊;斜Y裂纹试验中双丝焊获得的接头表面裂纹率和断面裂纹率比单丝焊接方法分别降低32%和73%。     

7A52铝合金双丝MIG焊接温度场数值模拟

采用ANSYS的"生死"单元技术,对7A52铝合金双丝MIG焊接的热过程进行数值模拟。实现多层焊中焊缝填充的动态过程,与真实试验过程完全吻合。结果表明,7A52铝合金双丝MIG焊接过程中,焊点处的峰值温度可达到837℃。     

不锈钢管打底焊接工艺的进展

综述了不锈钢管打底焊接技术的进展 ,指出了各种方法的特点及应用场合。认为药芯焊丝 (棒 )TIG、细径混合气MAG以及实芯焊丝混合气TIG是我国现阶段应大力推广的打底焊工艺