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13 mm/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。     

X65管线钢管闪光对焊工艺参数对焊接接头力学性能和缺陷的影响

利用正交试验法,研究了焊接工艺参数对X65管线钢管闪光对焊焊接接头力学性能的影响。正交试验中选择激发闪光阶段烧化量、稳定闪光阶段烧化量、稳定闪光阶段焊接电流、加速闪光阶段闪光速度作为试验因素,焊接接头抗拉强度、塑性和低温冲击韧性作为焊接工艺的评价指标,得到了最优的焊接工艺参数。接头的金相分析表明,焊接的高热输入使接头焊缝区和部分热影响区的晶粒粗化,形成魏氏组织,降低了接头的冲击韧性。刻槽锤断试验表明,灰斑缺陷内部和边缘的密集裂纹导致接头脆性解理断裂。加速闪光阶段优化的闪光速度有利于减少焊缝区内的缺陷并提高接头的力学性能。     

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。     

T92/Super304H异种钢焊接接头的性能研究

根据新型耐热钢T92和Super304H钢的焊接特点制定了适宜的焊接工艺,研究了焊制的T92/Su-per304H异种钢焊接接头的力学性能。结果表明,T92/Super304H异种钢接头的各项力学性均能满足使用要求。焊缝金属的韧性远低于T92钢侧热影响区,焊缝金属的结晶形态对焊缝韧性有很大的影响。焊接接头中焊缝金属的硬度值最高,而T92钢侧热影响区硬度最低,并且不同热影响区部位显微硬度变化较大,Super304H钢侧热影响区硬度变化不大。     

固溶处理对304/Q245R焊接接头组织及性能的影响

为研究固溶处理对304奥氏体不锈钢和Q245R碳钢异种金属焊接接头显微组织及性能的影响,采用E309-16奥氏体不锈钢焊丝对6 mm厚的304/Q245R板材进行手工电弧焊,焊后使用箱式电阻炉对焊接接头进行固溶处理,对焊接接头进行显微组织观察和力学性能测试.结果表明:相对于固溶处理前,固溶处理后的接头焊缝组织为灰色奥氏体和黑色铁素体,枝晶偏析程度明显降低,Cr、Ni等合金元素分布较为均匀;焊缝和碳钢侧热影响区硬度值均有所提高,最高硬度值为304.59 HV,出现在焊缝位置;接头抗拉强度较高,达570 MPa,拉伸断裂发生在母材Q245R碳钢部位.另外,对焊缝进行XRD测定,未检测到不利于接头性能的相,这表明固溶处理后的异种金属接头性能良好,能够满足工程中的实际需求.     

闪光留量对510MPa级车轮钢闪光对焊接头组织与性能的影响

对不同闪光留量条件下510CL车轮钢闪光对焊接头组织和性能进行研究。结果表明:焊接热影响区含界面区、粗晶区、重结晶区、部分重结晶区四个部分,其中界面区维氏硬度最高,峰值硬度范围为201~219HV。闪光留量较小时,界面区主要为块状铁素体与粒状贝氏体;闪光留量适中时,界面区出现力学性能优异的针状铁素体组织;闪光留量过大会使接头处产生的热量过大,此时界面区主要为力学性能较差的魏氏体与粒状贝氏体组织,并出现错边现象。闪光对焊错边与魏氏体组织过多是焊接接头断裂的主要原因,为了获得性能良好的闪光对焊接头,闪光留量的合理设计范围为3.5~5.5 mm。     

TA2纯钛板钨极氩弧焊接接头组织与性能

本文研究了不同焊接工艺下焊缝及热影响区的微观组织特征,以分析焊接接头的力学性能。结果表明焊缝组织为锯齿状α相、板条α相及少量针状马氏体,并得到焊接最佳工艺为焊接电流85A,焊接速度0．5cm／s,主喷嘴氩气流量20L／min,拖罩氩气流量12L／min,双面焊接。此焊接工艺下得到的焊接接头抗拉强度达到母材的99．55％,延伸率达到母材的70％。文中还探讨了焊后热处理对焊接组织与性能的影响,结果表明焊后热处理可以提高焊接接头的塑性,可以调整焊接接头的综合力学性能,使其达到使用标准。     

活性剂对铁素体不锈钢A-TIG接头熔深及组织性能研究

目的 选用430铁素体不锈钢作为研究对象,对比研究添加SiO2、TiO2、Cr2O3和未添加活性剂对A-TIG焊接接头显微组织和力学性能的影响。方法 采用3种活性剂涂覆在430铁素体不锈钢上进行A-TIG试验,分析活性剂对接头熔深、组织、性能、元素含量的影响情况。结果 同一焊接工艺参数下,活性剂的加入均能提高焊缝的熔深和深宽比,减少熔宽;其中,SiO2为活性剂时获得了最佳的焊缝几何形貌。同时,对比常规TIG焊接(未添加活性剂)接头的显微组织及力学性能可知,活性剂的加入并未改变焊接接头的显微组织且无新相的生成;活性剂的添加能够细化接头组织,从而使得接头硬度有所提高。结论 活性剂的加入能够显著增加铁素体不锈钢TIG焊缝熔深,改善接头组织,提高接头硬度。     

焊丝成分对T91/316L异种钢焊接接头微观组织和力学性能的影响

T91马氏体钢与316L奥氏体钢异种钢的焊接主要应用于超超临界机组(USC)和核电领域中的加速器驱动次临界洁净核能系统(ADS)。本研究采用ER309L、ER316L和ERNiCr-3三种不同的焊丝,使用钨极氩弧(TIG)焊对T91马氏体不锈钢和316L奥氏体不锈钢进行了焊接,并对焊接接头进行了微观组织和力学性能分析,同时研究了焊后热处理对焊接接头的影响规律。研究结果表明,使用三种焊丝获得的焊缝的微观组织都是粗大的奥氏体枝晶,且其枝晶的晶粒垂直于熔合线往焊缝中心生长。焊态下焊接接头拉伸试样在T91侧的粗晶热影响区(CGHAZ)发生脆性断裂,经过焊后热处理(750 ℃/1 h)的焊接拉伸试样的韧性断裂均发生在316L母材处,且抗拉强度显著上升,这表明焊后热处理能够提高T91/316L异种钢焊接接头的拉伸性能。在未焊后热处理状态下,使用ERNiCr-3焊丝获得的焊接接头焊缝的冲击性能优于其他焊丝。焊态下焊接接头硬度在T91侧熔合线处显著升高,而焊后热处理后T91侧熔合线处的硬度凸起几乎消失。     

不锈钢与渗碳钢惯性摩擦焊接头的组织与性能

目的 研究0Cr18Ni12Mo2Ti不锈钢与20CrMnMo渗碳钢的惯性摩擦焊焊接接头的组织与力学性能。方法 通过金相、能谱分析、显微硬度、拉伸试验对焊接接头进行组织与力学性能分析。结果 焊接试样上0Cr18Ni12Mo2Ti不锈钢一侧飞边尺寸比20CrMnMo渗碳钢一侧飞边小;焊接接头熔合区仅为50 μm,熔合线附近元素扩散层很窄,其中0Cr18Ni12Mo2Ti不锈钢仍为奥氏体组织,20CrMnMo钢组织由铁素体与珠光体转变为马氏体与索氏体,20CrMnMo一侧热力影响区组织为细小的片状珠光体与铁素体;焊缝区的显微硬度为358HV,高于2种母材;焊接接头抗拉强度大于590 MPa,断后伸长率大于32%,断裂位置均在0Cr18Ni12Mo2Ti不锈钢母材一侧。结论 采用惯性摩擦焊工艺可实现不锈钢与渗碳钢的高强连接。     

316L/X65复合管弧焊工艺研究

采用手工钨极氩弧焊和电弧焊实现了316L/X65双合金复合管的对接焊接。为了研究复合管的焊接工艺,对焊接接头进行了硬度、拉伸和冲击测试,利用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪分析了接头的微观结构和成分特点,并对接头进行了电化学实验。结果表明:复合管焊缝由碳钢层、扩散层、过渡层和不锈钢层组成,碳钢层主要为针状铁素体,扩散层出现了马氏体组织,过渡层和不锈钢层焊缝中铁素体呈骨架或蠕虫状分布在奥氏体晶界;本实验焊接工艺下,覆层未受到碳钢层的稀释,化学成分与母材基本一致,但耐蚀性略有降低;焊接接头各项力学性能良好。     

钽条闪光对焊工艺参数对其组织性能的影响

为解决连续化生产中钽条焊接的技术难题,在惰性气体的保护下采用电容储能式预热闪光对焊,对轧制后的4 mm×4 mm钽条进行焊接试验研究.利用金相显微镜、扫描电镜和力学性能检测设备等分析检测手段,对不同焊接顶锻力作用下的焊接区(包括热影响区)的显微组织、晶粒和晶界微区成分、硬度以及焊接区拉伸强度等进行了测试.研究表明,采用合适的闪光对焊工艺可以实现大尺寸钽条的对接,焊缝组织致密,接头具有较高的结合强度,对于大尺寸钽条无头轧制与连续拉拔技术的发展具有一定的使用价值.     

电场对异种金属摩擦焊接头组织与性能的影响

研究了外加电场对T2紫铜和1Cr18Ni9Ti不锈钢摩擦焊接头焊合区的显微组织、主要合金元素的扩散区宽度以及接头力学性能的影响．结果表明，外加电场加快了焊合区金属的动态再结品进程，不同形式的电场对焊合区铜侧的组织形态与分布有不同的影响．在负电场(试件接电源负极)作用下，焊合区金厦发生的动态再结晶程度最大，品粒尺寸较大且分布均匀；交流电场使品粒尺寸略有减小．交流电场和负电场通过对金厦内部电子密度的影响，促进了焊接过程中焊缝区Cu、Pe和Cr的扩散，并提高了焊接接头扭转强度。     

Zr基大块金属玻璃与304L不锈钢脉冲激光焊接接头微观组织特性

采用脉冲激光的方法实现了Zr_(44)Ti_(11)Ni_(10)Cu_(10)Be_(25)(原子分数,%)大块金属玻璃与304L不锈钢板的焊接。用场发射扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪对焊接接头不同区域的显微结构和化学成分进行了表征。由于冷却速度不同,形成了三个不同的结晶区。接头由部分结晶区(热影响区、焊缝区和304L不锈钢/焊缝区界面)和非晶区(Zr基BMG母材)组成。热影响区出现花瓣状和小颗粒的结晶,X射线衍射图谱中衍射峰强度很小,焊缝区出现一些十字雪花状的结晶,衍射峰对应Zr_2Cu和Zr_2Fe相,而在304L不锈钢/焊缝区界面处XRD图谱中出现大量尖锐的晶体峰。通过计算得到热影响区、焊缝区和304L不锈钢/焊缝区界面三个不同的结晶区的结晶分数分别为1.4%、10.0%、27.4%。焊缝区形成的晶态组织维氏硬度最大。大块金属玻璃与焊缝区之间形成扩散层,表明焊接过程中Zr通过扩散层向焊缝区迁移。     

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...     

热处理对6005A铝合金激光焊接头组织和性能的影响

高速列车车体轻量化制造的迫切需求,使得铝合金结构在车体制造中得到广泛应用,而铝合金焊接也成为高铁车体制造的关键工艺。本文采用激光填丝焊方法焊接6005A-T6铝合金,并对焊接接头进行了固溶/时效热处理。利用扫描电镜、XRD能谱分析及拉伸实验,对焊后热处理的焊接接头组织及性能进行研究。研究发现,与母材相比,由于焊接接头中Mg2Si强化相的消失,使得6005A铝合金激光填丝焊接接头拉伸性能下降。通过对焊接接头进行的固溶/时效焊后热处理,实现了焊接接头中β″相、β′相和Q′相的强化相析出,而强化相的析出有利于焊接接头性能的改善。显微硬度实验表明,焊后经热处理的焊接接头,各区域显微硬度显著提高。随着固溶时间的增加,焊接接头经时效处理达到峰时效状态所需的时间减少。基于焊接接头硬度比较,确定550℃固溶1.5 h/175℃时效8 h为优化的焊后热处理规范。采用优化的焊后热处理规范,焊接接头的拉伸强度增加至340 MPa,高于母材的拉伸强度;热处理后接头延伸率为11.6%,达到母材延伸率的65.2%。采用固溶/时效焊后热处理方式可提高激光焊接接头的性能。     

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.     

紫铜/304不锈钢激光焊接接头显微组织及力学性能

采用碟片激光器制备了5 mm厚紫铜/304不锈钢激光焊接接头,研究了光束偏移量对焊接接头显微组织和力学性能的影响。结果表明,光束偏移量为-0. 2～0 mm时,焊缝显微组织以奥氏体基体为主,焊缝奥氏体基体上的富Cu相形貌为球状和线状,焊缝裂纹沿着奥氏体基体上的线状富Cu相扩展。光束偏移量为0. 2～0. 4 mm时,焊缝显微组织以Cu基体为主,奥氏体基体上的线状富Cu相数量减少,能有效抑制焊缝裂纹的产生。焊缝Cu基体上的富Fe相形貌以球状为主,还有少量树枝晶状。光束偏移值为-0. 2～0. 2 mm时,接头抗拉强度和延伸率分别可达紫铜母材的95. 6%和39. 3%,都断裂在紫铜热影响区,光束偏移值为0. 4 mm时,接头抗拉强度和延伸率较紫铜母材明显下降,抗拉强度和延伸率分别为紫铜母材的71. 9%和23. 6%,断裂在焊缝。     

焊前热处理对J55钢自动TIG焊接头组织性能的影响

目的 针对J55钢焊接性较差、接头热影响区（HAZ）易出现脆硬马氏体组织等问题,在焊前对J55钢母材进行热处理,研究其焊接接头。方法 在焊前对J55钢母材进行了760℃与880℃的热处理,采用TIG焊方法进行了焊接,研究了热处理前后TIG焊对接头显微组织和力学性能的影响。结果 经焊前760℃热处理后,母材中的珠光体（P）含量显著减少并且发生细化,焊后接头HAZ组织转变为晶界铁素体（GBF）、针状铁素体（AF）和P;经焊前880℃热处理后,母材的显微组织主要为多边形铁素体（PF）和AF,在焊后接头的HAZ中形成了PF、贝氏体（B）和M-A组元。2种热处理接头焊缝区（WZ）的盖面层组织为GBF和AF,靠近和远离盖面层的打底层组织主要为PF和P;未热处理接头HAZ组织为PF、B和马氏体（M）。与2种热处理接头相比,未热处理接头的显微硬度居中,抗拉强度最高,延伸率最低,拉伸断裂位于熔合线与HAZ之间,断口呈脆性断裂特征。与760℃热处理相比,经880℃热处理的焊接接头HAZ显微硬度最高值达523 HV,为760℃热处理的2.2倍,接头抗拉强度提高了2.2%,但延伸率降低了7.6%。2种热处理接...     

热处理温度对TC17(α+β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头组织及力学性能的影响

对TC17(α+β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头进行热处理实验,采用光学显微镜(OM),扫描电子显微镜(SEM)和显微硬度仪等检测手段,研究不同热处理温度对焊接接头微观组织及力学性能的影响。结果表明:焊态下,接头焊缝区发生再结晶,界面处为亚稳定β相组织,显微硬度低于母材,接头高周疲劳强度为345 MPa。TC17(α+β)侧热力影响区因焊接速率过快,残留了大量的初生α相。经过焊后热处理,亚稳定β相分解,焊缝析出弥散的(α+β)相。随着热处理温度的升高,细小的次生α相长大,部分发生球化。热处理后,因亚稳定β相分解,焊缝及热力影响区的显微硬度大幅度升高,接头疲劳强度平均提高65 MPa;随着热处理温度的升高,接头热力影响区的断裂韧度增加。