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。     

激光焊接工艺参数对30CrMnSiNi2A钢组织和性能的影响EI北大核心

利用CO2激光对超高强度钢30CrMnSiNi2A进行了焊接处理。采用OM、显微硬度仪和电子万能试验机等对激光焊接接头的显微组织、硬度、拉伸强度进行了研究。结果表明,固定激光功率,扫描速度从60~220mm/min变化时,随着扫描速度的增加,焊缝区和热影响区(H.A.Z)宽度变窄,焊缝区组织就越细小,硬度值明显增大,抗拉强度变化不大;固定扫描速度,激光功率从2.6~3.2kW变化时,随着功率的增加,焊缝区和H.A.Z宽度变宽,焊缝组织变得粗大,硬度值有所减小,抗拉强度变化不大。当激光功率为2.8kW、扫描速度为180mm/min时,焊接接头组织细小、均匀,性能优良,抗拉强度最高值达到819.9MPa。     

热处理对GH4169激光焊接头组织性能的影响

针对2 mm厚的GH4169镍基合金板材进行激光对焊,研究热处理对GH4169激光焊接头组织和性能的影响。采用线切割方法制备激光焊接头试样,对热处理和非热处理激光焊接头进行拉伸实验、硬度测定、OM分析、SEM分析、EDS分析和XRD相分析。实验结果表明:热处理后接头抗拉强度为1372 MPa,延伸率为14%,焊缝平均硬度为473HV;较未热处理接头强度提高52%,延伸率降低71%,硬度提高69%。OM、SEM、EDS和XRD分析表明:对GH4169激光焊接头热处理能细化焊缝晶粒,改善枝晶形态,消除残余应力,析出δ相、γ′相和γ″相,使得焊接接头硬度和强度有所提高。     

304不锈钢局部干法水下激光填丝焊接工艺及焊缝性能研究

目的 采用自主研制的水下激光填丝焊接装备,在304奥氏体不锈钢板材表面进行U形坡口激光填丝焊接试验,为304不锈钢水下修复工作提供技术参考。方法 在功率为5 600 W、焊接速度为6 mm/s、送丝速度为205 cm/min、保护气体流量为15 L/min、排水气体流量为30 L/min的条件下进行焊接试验,并对空气和水下环境下的焊缝进行对比检测分析。通过光学显微镜分析2种环境下焊缝的显微组织;对2种焊缝进行拉伸、弯曲等力学性能测试;采用显微硬度计测试1 kg载荷下不同区域的显微硬度;使用VersaSTAT3F电化学工作站测定在3.5%（质量分数）的NaCl溶液中2种焊缝的开路电位和极化曲线。结果 2种环境下的焊缝均无明显裂纹、气孔等缺陷;显微组织主要由奥氏体和铁素体组成,但2种环境下焊缝的奥氏体晶粒大小和铁素体形状均略有差别,焊缝拉伸断口均为典型的韧性断裂形貌且抗拉强度符合304不锈钢标准。2种环境下焊缝的微观组织和晶粒大小不同,水下焊缝硬度高于空气的。通过分析2种环境下焊缝的开路电位和极化曲线,可知水下焊缝的耐腐蚀性略高。结论 所开发的局部干法水下激光填丝焊接工艺可以满足实际工程中...     

激光增材制造合金钢力学性能超声纵波定量无损评价

目的研究采用超声无损检测方法定量评价激光增材制造合金钢的布氏硬度和抗拉强度。方法通过搭建高精度超声纵波声时测量系统,采用脉冲反射回波法测量不同热处理状态激光增材制造24CrNiMo合金钢标定试件的超声纵波传播声时,计算超声纵波声速;在考虑激光增材制造合金钢各向异性和成形界面对超声纵波传播特性影响的基础上,研究标定试件微观组织对超声纵波声速的影响,建立标定试件激光扫描方向布氏硬度、抗拉强度、微观组织与超声纵波声速之间的映射关系。结果建立了超声纵波评价硬度及抗拉强度的标定模型,并对标定模型预测误差进行验证,硬度及抗拉强度标定模型预测误差均小于10%,满足工程应用误差指标要求。结论采用超声纵波声速可以实现激光增材制造合金钢硬度及抗拉强度的定量评价与表征。     

热处理工艺对M390/304闪光对焊焊接接头微观组织及力学性能的影响

本工作基于提高M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢焊接接头的力学性能并且使M390/304焊接接头达到高端刀具的硬度要求，对闪光对焊的M390/304焊接接头进行不同热处理工艺研究。实验采用拉伸、维氏显微硬度测试及扫描电镜(SEM)表征不同热处理工艺的焊接接头的力学性能及微观组织演变，并通过线扫描研究了不同热处理工艺下焊接接头的元素扩散，揭示了不同热处理工艺下焊接接头的断裂机理。研究结果表明，1 150℃空冷热处理工艺为M390/304闪光对焊焊接接头的最佳热处理工艺，对应的抗拉强度和延伸率分别为494 MPa和15.7%,分别比焊态提高了2.7%和182%。延伸率显著提高是由于在1 150℃空冷工艺下焊接接头的元素扩散程度较大，焊缝中化学成分的均匀性得到提高。不同热处理工艺下焊接接头的断裂类型均为脆性断裂，但断裂位置并不相同。断裂位置的变化是由于不同热处理工艺下C、Cr、Ni等元素的扩散程度不同，焊缝中碳化物的尺寸和形貌也不同，导致焊缝中第二相强化作用不同。     

316L不锈钢薄板焊缝成形及力学性能研究

目的 减少1 mm厚度316L不锈钢薄板在焊接生产过程中出现的缺陷等问题,并提高不锈钢薄板焊缝成形质量和焊接接头力学性能。方法 采用脉冲激光焊接技术实现对厚度1 mm的316L不锈钢薄板的精确焊接,并利用金相显微镜、维氏硬度计、万能拉伸试验机和扫描电镜对焊缝的表面形貌、微观结构、力学性能、断口形貌进行表征分析。结果 当激光功率为403 W、输出电流为150 A、焊接速度为150 mm/min、离焦量为−5.525 mm时,焊缝正反面的形貌规则无缺陷。焊缝区内的微观结构主要由δ-铁素体和奥氏体2种晶粒构成,相较于母材及热影响区,焊缝区晶粒尺寸更细小均匀,平均硬度为156HV,表现出更高的硬度特性。焊接接头的抗拉强度和屈服强度均值分别达到643.28 MPa和305.95 MPa,相对于母材的强度分别提高了7%和49%;平均断后伸长率为37.2%,达到原始母材伸长率的55%;断裂呈现韧性断裂的塑性变形和延展性特征。结论 优化调整焊接工艺参数后,1 mm厚度316L不锈钢薄板的焊缝成形质量提高,无缺陷且微观组织分布均匀,焊接接头强度显著提高。     

功率对纯钛薄片激光封孔成形及接头性能的影响

为实现直径为0.1 mm微孔的良好封接,采用低功率脉冲激光对0.40 mm厚的工业纯钛(CP-Ti Grade 1)进行了封焊,采用扫描电镜、显微硬度计及光学显微镜,研究了激光功率对焊缝表面成形、焊接接头横截面形貌和显微硬度的影响规律,分析了接头的微观组织结构.结果表明:当激光功率不低于19.2 W时,微孔可以实现完全封接,且熔核直径随着激光功率的增大而增大,但随着激光功率增大,焊缝凹陷和烧蚀现象越加严重;当激光功率增大时,焊缝表面显微硬度呈上升趋势,激光功率为19.2 W时,焊缝成形良好,且最大显微硬度值可以达到290 HV;焊缝中心微观组织为针状α、锯齿状α以及板条状α晶,焊缝上边缘为锯齿状α晶,而焊缝下边缘为细小的锯齿状α和针状α晶.     

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。     

304不锈钢激光焊接接头组织性能及断裂机理研究

目的 研究工艺参数对接头微观组织及力学性能的影响规律,观察断口形貌并揭示断裂机理。方法 基于生产实际,采用激光焊接技术对304不锈钢进行平板对接试验,利用金相显微镜、扫描电镜和背散射电子衍射等手段观察不同焊接参数下的接头微观组织,利用拉伸试验机及显微硬度仪测试其力学性能;通过疲劳试验机测试不同应力下的疲劳寿命,并绘制相应的S-N曲线;使用扫描电镜观察并分析疲劳断口的形貌特征。结果 焊缝中心由等轴状奥氏体和针状铁素体组成,熔合区以柱状晶的形式向焊缝中心生长。激光功率及焊接速度越大,柱状晶的尺寸越小。当激光焊接功率为1 390 W、焊接速度为13mm/s、离焦量为-10 mm时,304不锈钢激光焊接接头的力学性能最好,此时的抗拉强度为785.9 MPa、伸长率为75.6%,拉伸断口呈典型的韧性断裂特征。在高应力水平（350 MPa和500 MPa）下,疲劳断口由裂纹萌生区、裂纹扩展区和瞬时断裂区组成,焊缝具有优良的抗疲劳性能。结论 焊接速度越快、焊接功率越小、离焦量为负,得到的焊接接头硬度越高,由于细晶强化及加工硬化的双重作用,接头达到了最佳力学性能。     

304不锈钢与PA66塑料激光焊接工艺研究

目的 研究304不锈钢和PA66(尼龙)的焊接工艺,提高焊缝剪切强度。方法 采用500 W光纤激光器对异种材料进行搭接焊接实验,对激光功率、焊接速度、离焦量、焊接次数进行四因素四水平正交实验,并且测试焊缝剪切强度。结果 当激光功率为350 W,焊接速度为600 mm/s,离焦量为1 mm,焊接次数为3时,焊缝剪切强度达到最大的58 MPa。极差分析结果表明,影响焊缝剪切强度的因素依次为激光功率、离焦量、焊接速度、焊接次数。结论 微观结构分析结果表明,焊缝在PA66塑料侧呈现韧性断裂;在304不锈钢侧呈现韧性脱落,塑料和不锈钢有紧密的贴合,这种结构有利于提高焊缝的剪切强度。     

Study on fibre laser spot welding of TRIP980 steel

A 980 MPa transformation induced plasticity (TRIP) steel was fibre laser spot welded by different Argon (Ar) shielding conditions, laser power (1000 up to 2500 W) and defocusing distances (?8 up to +8 mm). The surface appearance, cross-section macrostructure, microstructure, hardness, tensile shear properties and fatigue properties of laser spot welds were evaluated. The results showed that the welds with Ar shielding had larger weld appearance and bonding sizes, better tensile shear properties compared with the welds without Ar shielding. With the increase in laser power, the laser welding mode changed from conduction to keyhole, which improved the bonding size and mechanical properties. The bonding size and mechanical properties increased in the order of defocusing distances of +8, ?8, +4, ?4 and 0 mm. During the fatigue tests of laser spot weld, the fusion zone pullout and sheet transverse fracture failure modes were observed.     

Softened zone formation and joint strength properties in dissimilar friction welds

The mechanical properties of dissimilar MMC/AISI 304 stainless steel friction welds with and without silver interlayers were examined. The notch tensile strengths of MMC/AISI 304 stainless steel and MMC/Ag/AISI 304 stainless steel friction welds increased when high friction pressures were applied during the joining operation. The higher notch tensile strengths of dissimilar MMC/AISI and MMC/Ag/AISI 304 stainless steel friction welds resulted from the formation of narrow softened zones in MMC material immediately adjacent to the bondline. The influence of softened zone width and hardness (yield strength) on the notch tensile strengths of dissimilar welds was analysed using finite element modelling (FEM). FEM in combination with the assumption of a ductile failure criterion was used to calculate the notch tensile strengths of dissimilar joints. The key assumption in this work is that dissimilar weld failure wholly depended on the characteristics (mechanical properties and dimensions) of the softened zone formed in MMC material immediately adjacent to the bondline. The modelling results produced based on this assumption closely correspond with the actual notch tensile strengths of dissimilar MMC/Ag/AISI 304 stainless steel and MMC/Ag/AISI 304 stainless steel friction welds.     

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。     

The effect of preheat & post weld heat treatment on the laser weldability of AISI 420 martensitic stainless steel

The martensitic stainless steels are widely used in many industries with their excellent mechanical properties and sufficient corrosion resistance. These steels usually are used for a wide range of applications like nuclear power plants, steam generators, mixer blades, pressure vessels, turbine blades, surgical tools, instrument manufacturing and so on. Contrary to good mechanical and corrosion properties of martensitic steels, poor weldability and cold cracking sensitivity are major problems that are faced in joining of these steels. In this study, the weldability of AISI 420 (X30Cr13) martensitic stainless steel by CO₂ laser beam welding method has been investigated. Effects of pre and post weld heat treatments on mechanical properties and microstructure of laser welded AISI 420 martensitic stainless have also been determined. As a conclusion, it was determined that pre and post weld heat treatments sufficiently improved the mechanical properties of the welds.     

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。     

Similar and dissimilar RSW of low carbon and austenitic stainless steels: effect of weld microstructure and hardness profile on failure mode

Abstract

In this paper, the failure behaviour of similar and dissimilar resistance spot welded joints of low carbon and austenitic stainless steel sheets was studied under tensile shear test with attention focused on the failure mode. Results showed that the microstructure of the fusion zone and the hardness distribution across the weld have a profound effect on the failure behaviour. Similar spot welds of stainless steel sheets exhibit the highest tendency to fail in interfacial failure mode, compared to low carbon steel similar spot welds and dissimilar low carbon and stainless steel spot welds. This behaviour is explained by the consideration of pullout failure location and hardness profile characteristics of each joint. It was shown that the failure mode transition is controlled by the hardness ratio of the fusion zone and the pullout failure location. In the case of dissimilar resistance spot welding, the hardness of the fusion zone which is governed by the dilution between two base metals, and the fusion zone size of the low carbon steel side are the dominant factors determining the failure mode of the joint.     

激光快速成形304不锈钢性能及微观组织研究

目的 满足实际生产需求,提高304不锈钢的抗拉强度。方法 在304不锈钢粉末中添加不同质量分数的Ni60AA粉末,采用激光束对粉末进行快速成形,得到不同的试样。通过金相显微镜对不锈钢试样的显微组织进行观察,利用拉力试验机对试样进行抗拉强度测试。结果 随着添加Ni60AA粉末含量的增加,板材试样的抗拉强度呈现出先增大后减小的趋势,当Ni60AA粉末的质量分数为10%时,试样抗拉强度最大,为754~771MPa。结论 添加Ni60AA粉末后,激光快速成形的304不锈钢板材试样微观组织中有部分镍化合物析出,形成强化相,304不锈钢试样的抗拉强度得到很大提高。