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%。     

热输入对Inconel 617镍基高温合金激光焊接接头显微组织与力学性能的影响EI北大核心

采用两种热输入不同的焊接工艺参数对3 mm壁厚的Inconel 617镍基高温合金进行激光焊接。通过光学显微镜和扫描电子显微镜对焊接接头显微组织进行观察分析,并测试了焊接接头在室温(25℃)及高温(900℃)下的拉伸性能。结果表明:激光焊接热输入对Inconel 617焊接接头显微组织及力学性能影响明显。在高热输入(200 J/mm)条件下,焊缝正面宽度3.88 mm,熔化区中部晶粒尺寸粗大,取向杂乱,树枝晶二次枝晶间距较大(6.71μm),枝晶间碳化物颗粒尺寸较为粗大,枝晶间Mo,Cr等合金元素的凝固偏析较为严重。焊接接头热影响区宽度约0.29 mm,在晶界和晶内形成了γ+碳化物共晶组织,这是由于焊接升温过程中,热影响区内球状碳化物颗粒与周边奥氏体发生组分液化,并在焊后凝固过程中形成共晶。低热输入(90 J/mm)工艺参数获得的焊缝正面宽度为2.28 mm,焊缝呈沿熔合线母材外延生长并沿热流方向定向凝固形成的柱状晶形态。焊缝中部树枝晶二次枝晶间距较小(2.26μm),枝晶间碳化物颗粒尺寸细小,热影响区宽度约0.15 mm。室温(25℃)拉伸测试表明:高热输入下获得的焊接接头由于焊缝中固溶元素偏析造成的局部组织弱化,从焊缝中部破坏,强度与伸长率有所降低,低热输入条件下获得的焊接接头从母材破坏。而高温实验条件下(900℃),母材晶界发生弱化导致所有试样均从母材破坏。     

超窄间隙激光焊接TC4钛合金接头组织及性能研究

以TA2为焊丝,采用超窄间隙激光焊接方法焊接了10 mm的TC4钛合金板,间隙为2 mm。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和拉伸试验机分析了TC4钛合金接头的组织与性能。结果表明,选取合适的工艺可以实现TC4钛合金超窄间隙激光填丝焊接,获得无缺陷的焊接接头。接头由母材、热影响区、熔合区、焊缝组成,界线清晰。其中热影响区为网篮状组织,焊缝由大β晶粒组成,大晶粒内部为杂乱的α+α′相针状组织,热影响区晶粒明显细化。由于超窄间隙的啮合效应,接头最大抗拉强度为893 MPa,达到母材的84.7%,断裂位置在焊缝中心。焊缝区和热影响区的显微硬度高于母材,且在热影响区的显微硬度最大,接头整体显微硬度呈马鞍状分布。     

TA23合金不同焊接方法接头组织性能研究

采用CMT、TIG和EBW焊对TA23合金进行焊接,对比分析了不同焊接方法下接头微观组织和力学性能的差异。结果表明,焊接热输入直接影响焊缝晶粒尺寸和焊接接头宽度,TIG焊缝晶粒尺寸最大,CMT次之,EBW最小;EBW接头宽度为5 mm,CMT接头宽度为7 mm,TIG接头达14 mm;3种焊接方法焊缝区域组织均由马氏体α相、片层状α相和残余β相组成,热影响区组织形态介于焊缝和母材组织形态之间;3种焊接方法焊缝区显微硬度和接头抗拉强度均大于母材,其中EBW焊缝区显微硬度值最大,TIG焊接头抗拉强度最高,CMT焊缝显微硬度和接头抗拉强度均居中。     

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。     

基于正交试验的TC4钛合金激光焊工艺优化研究

目的 探究激光功率、焊接速度、离焦量对TC4钛合金激光焊接接头宏观形貌、微观组织及力学性能的影响。方法 通过正交试验方法,研究激光功率、焊接速度、离焦量对接头拉伸性能的影响,并将这3个工艺参数转换为热输入,进一步研究热输入对接头形貌、组织及力学性能的影响。结果 当热输入低于95 J/mm时,焊接接头上下熔宽比较大,焊缝截面呈“V”形;当热输入高于250 J/mm时,接头组织晶粒粗大,甚至出现气孔、错边等冶金缺陷;当热输入为125 J/mm时,焊缝成形美观,焊接接头上下熔宽比接近1,焊缝截面呈“H”形。焊缝区组织主要由原始α相、β相及冷却阶段生成的αʹ相组成,随着热输入的增大,β相柱状晶尺寸逐渐粗化,αʹ针状马氏体相尺寸也相应增大。此外,焊接速度和离焦量对拉伸性能有显著影响,拉伸性能随着热输入的增大呈现先升高后降低的趋势,断口呈韧性断裂特征。当热输入为125 J/mm时,拉伸性能达到最佳,断裂位置发生在母材区,抗拉强度为1 010 MPa,断后延伸率为9.82%;焊缝区中心区域显微硬度高于热影响区及母材区显微硬度。结论 当热输入为125 J/mm时,在TC4钛合金激光焊下,可获得成形美观、性能优良的焊接接头。     

高强度钢QP980激光焊接头的微观组织与力学性能

为解决高强度钢QP980在汽车轻量化应用方面存在的成分偏析、淬硬脆化和氢致开裂等焊接问题,开展了QP980钢激光焊接研究,对1.2mm厚QP980钢进行焊接试验,并利用激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜、万能试验机和显微硬度计等手段,研究工艺参数对QP980钢激光焊接头微观组织和力学性能的影响。在所选焊接工艺参数下均获得了全焊透及表面成形良好的接头; QP980钢激光焊接头的横截面宏观形貌呈现“沙漏型”,接头可分为焊缝区、粗晶区、细晶区、临界热影响区、亚临界热影响区和母材区;不同工艺参数下接头的焊缝及部分热影响区的硬度均高于母材,且硬度最高值出现在细晶区,在焊缝的两端都存在一个软化区,随着热输入的增加,焊缝及热影响区的宽度变大,软化区也更加远离焊缝中心;不同工艺参数下接头的抗拉强度都能达到母材的强度,屈服强度均高于母材,而接头的伸长率都低于母材,说明在所选焊接工艺参数下,均获得了性能良好的焊接接头。     

Ta/Ni/Mo异种薄板激光熔钎焊正交试验探究

目的探究Ta/Mo异种薄板激光熔钎焊的最佳焊接工艺参数。方法设计正交试验方案,得出理论最优工艺参数。采用SL-08型Nd:YAG脉冲激光焊机对薄板完成焊接得到焊接接头;通过微机控制电子万能试验机测试焊接接头的抗拉强度;通过显微硬度计测量焊接接头显微硬度;通过OM测试方法观察焊缝组织。并通过焊接接头的性能对得出的最优工艺参数进行验证。结果在最佳焊接工艺参数下,接头的最大平均抗拉强度为230 MPa,接近Ta母材的抗拉强度,拉伸试样断裂发生在近Ta热影响区;焊缝表面连续,可看到清晰的鱼鳞纹,焊缝背面宽度均匀,焊缝成形良好;焊缝中心区域出现了针状共晶组织,热影响区的晶粒都呈现不同程度的长大现象;形成接头的焊缝区硬度最高,钼母材次之,钽母材最小。结论通过正交试验得出的最优工艺参数是准确的,Ta/Mo异种薄板最佳焊接工艺参数为:激光功率P为20.8 W(激光功率百分比为26%),脉宽T为5.5 ms,脉冲频率f为4.0 Hz。     

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,未完全相变区马氏体含量上升。结论 在所选焊接工艺窗口内焊接均能获得高强高韧的焊接接头。     

1.4003铁素体不锈钢与Q235-C钢焊接接头的组织和力学性能

采用室温拉伸、不同温度冲击、硬度及金相检验等分析方法对用熔化极混合气体保护焊焊接的1.4003铁素体不锈钢与Q235-C钢焊接接头的显微组织和性能进行了研究.试验结果表明:该焊接接头的抗拉强度与母材相当,焊缝的冲击性能略低于母材,1.4003铁素体不锈钢的热影响区(HAZ)冲击性能较差,焊缝为奥氏体+铁素体双相组织;Q235-C钢的熔合区出现明显界限,1.4003铁素体不锈钢焊接热影响区为晶粒粗大的单一铁素体组织.     

Microstructure and mechanical properties of laser welded S960 high strength steel

S960 steel is an advanced low carbon and low alloy ultra-high strength steel (with a minimum yield strength of 960 MPa) developed by Tata Steel. At present, there is a scarcity of data for laser welding of such a material. In this study, 8 mm thick hot rolled and quenched S960 high strength low alloy (HSLA) steel plates were welded using a 16 kW fibre laser system. The microstructure, microhardness, and tensile properties were characterised, Charpy impact testing and three-point bending testing were carried out, and fracture surfaces were investigated. Preliminary results suggest that the laser welding process can produce single-pass welds which are free of macroscopic defects. The microstructures in the fusion zone and heat affected zone were predominately martensite and some self-tempered martensite, with grain size variation in different sub-zones. The tensile properties of the laser welded joint matched those obtained for the base material, with failure occurring in the base material away from the weld. While the welded joint performed well when subjected to bending, the impact toughness was reduced when compared with that of the base material.     

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。     

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。     

近红外光纤激光与蓝光半导体激光焊接紫铜工艺对比研究

目的 提高紫铜激光焊接接头的力学性能,并分析激光工艺参数对焊缝外观及焊缝微观组织的影响规律。方法 分别对蓝光半导体激光与近红外光纤激光焊接紫铜的工艺参数进行优化设计,采用光学显微镜观察焊缝的外观形貌,采用拉力机测试焊缝的抗拉强度,采用金相显微镜观察和分析焊缝的微观组织。结果 当采用近红外光纤激光进行焊接时,功率为2 000 W,焊接速度为20 mm/s,焊缝抗拉强度为156 MPa。当采用蓝光半导体激光进行焊接时,功率为500 W,焊接速度为20 mm/s,焊缝抗拉强度为246 MPa,达到母材抗拉强度的80%。结论 由于铜对蓝光波长的吸收率较高,当采用蓝光半导体激光进行焊接时,热量输入较低,焊缝的变形相对较小,并且焊缝中心各个方向上的温度梯度相同,容易形成等轴晶,有利于力学性能的提高。     

6009铝合金光纤激光-MIG电弧复合焊和光纤激光焊工艺对比研究

采用光纤激光-MIG 复合焊和光纤激光焊分别对6009铝合金进行焊接,研究两种焊接方式下焊接接头的成型性、显微组织、拉伸性能、显微硬度、断口形貌的不同。研究表明：激光电弧复合焊的焊接速度是激光焊接的3倍;相比于激光焊,激光电弧复合焊焊缝中心显微组织更加细小;接头的抗拉强度达到母材的63%以上,而激光焊接的抗拉强度仅仅只有母材的38%;显微硬度试验表明：复合焊存在软化区,而激光焊接几乎没有软化区;断口分析表明：复合焊和激光焊的拉伸断口都是典型的韧窝状态,但是复合焊接的韧窝更加均匀。     

Microstructure and properties of the laser butt welded 1.5-mm thick T2 copper joint achieved at high welding speed

Laser welding of highly reflective materials, such as copper, has suffered problems such as spatter, underfill and undercut for a long time. This work analyzed the associated mechanism and suggested that appearance and integrity of laser welded copper joint could be improved by conducting the welding process at a high welding speed which is slightly below the critical welding speed for full-penetration welding at the specified laser power. The microstructure, mechanical properties and electrical conductivity of the T2 copper joint achieved under high welding speed were tested. Results show that copper joint and base material (BM) have similar electrical conductivity, the weld fusion zone (FZ) and the heat affected zone (HAZ) are softened; the tensile strength and elongation of the joint are approximately 20% and 84% below those of the BM respectively. The joint breaks near the interface between the longitudinal columnar grain structures (LC) growing along welding direction at the FZ center, and the horizontal columnar grain structures (HC) growing perpendicular to the welding direction at other area of FZ. Degradation of the mechanical properties of copper joint is attributed to the softening of the heated zone and the big angle between the growth directions of LC and HC.     

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。