抗氢不锈钢的激光焊接性及气孔成因初探

研究了激光焊接抗氢不锈钢的接头力学性能，焊缝及热影响区的金相组织，探讨了激光深熔焊接氢不锈钢焊缝内部气孔的成因，并提出了防止焊缝内部气孔的具体措施，结果表明，采用有效的工艺对抗氢不锈钢进行激光焊接，焊缝内部质量优良，焊接接头抗拉强度升高5％，断面收缩率降低19％，工艺措施采用不当，焊缝内部易形成气孔，主要原因是从熔池上方和熔池底部卷入空气所致，采用惰性气体对焊缝正面形成良好保护，保证一次焊透，或采用带背后止口的接头形式，可防止气孔产生。     

激光焊接HR-2抗氢不锈钢的性能及组织

为研究HR-2抗氢不锈钢的激光焊接性,对焊接接头的力学性能、试样断口扫描电镜形貌、焊缝金相组织及焊缝内气孔的形貌与成分进行了试验与分析.结果表明,激光焊接HR-2抗氢不锈钢,虽然焊接接头的抗拉强度有所升高,断面收缩率和缺口冲击韧性值有所降低,但试样的微观断裂机制与母材一样是按微坑聚集型的韧性断裂方式进行的,表明焊接接头仍然具有较好的韧塑性;焊缝中未出现明显的合金元素烧损或过多的氧化及脱氧产物,焊缝热影响区很窄,与基体的结合界面良好;激光深熔焊接HR-2抗氢不锈钢,焊缝中除了容易出现常见的析出性气孔和反应性气孔外,更容易出现激光焊接所特有的小孔型气孔.     

激光-电弧复合焊接镁合金过程中匙孔行为与气孔形成的关系（英文）

在激光-电弧复合深熔焊接接头中,气孔是一种对焊接质量影响极大的焊接缺陷。本工作通过实验研究了激光-电弧复合焊接镁合金板过程中匙孔行为与气孔形成的关系。详细研究了激光脉冲对熔池的冲击作用,激光匙孔的动态行为以及焊接接头中的气孔形成规律。结果表明:激光脉冲对熔池的冲击作用有利于抑制气孔的形成,冲击作用的大小取决于给定的激光脉冲参数。激光匙孔的状态决定焊接熔池的行为,匙孔的几何尺寸和开/闭行为直接影响气孔的形成。较高的激光脉冲峰值功率会导致焊后气孔的出现。延长匙孔开口的闭合时间,可以给匙孔中的气体足够的时间逃逸,进而可以抑制残留性气孔的生成。     

焊接工艺参数对锆合金薄板YAG激光焊接气孔形成的影响及控制机理分析

以Zr-4和N18为研究对象,采用YAG激光焊接设备,通过抛切焊缝断面统计气孔数量,并观察焊缝中气孔位置和形貌,研究了非熔透性焊接过程中激光脉冲电流、脉冲宽度、离焦量等工艺参数以及脉冲激光调制对锆合金密集焊缝激光焊接气孔形成规律的影响。结果表明:在锆合金YAG激光非溶透性焊接过程中,气孔的形成主要源于焊接过程中匙孔的不稳定塌陷所形成的工艺型气孔,在熔池中气泡逸出熔池的速率低于熔池金属凝固速率的情况下会产生气孔。在满足焊缝熔深1.0 mm的情况下,随着激光脉冲电流、脉冲宽度的增加,气孔出现的几率逐步增加;随着离焦量的增加,气孔出现的几率逐渐减小;相比未分段编程模式,采用分段编程、电流缓降、降低焊接速度的方式,使焊缝气孔率明显降低,气孔尺寸有效控制在0.5 mm以下。     

Ti对SiCp/6092铝基复合材料激光焊焊缝组织和性能的影响

采用不同厚度的Ti箔作为填充材料对SiC_p/6092铝基复合材料进行激光焊接,分析不同含量Ti元素对焊缝组织和焊接接头力学性能的影响. 结果表明,Ti箔的加入可以有效改善熔池流动性,从而减少焊缝区的工艺型气孔. 同时,填加Ti箔可以避免激光直接照射在母材上引起的低熔点元素烧损. 在激光的照射下,Ti箔完全熔化并与在热传导作用下部分熔化的母材金属发生冶金反应,Ti元素含量过少时,界面反应得不到有效抑制,焊缝中仍分布有大量的脆性相,Ti元素对焊接接头的力学性能改善不明显;Ti元素含量过多时,Ti元素在熔池中未能扩散开,富余的Ti元素与Al元素反应生成Al₃Ti. 过分长大的Al₃Ti呈片状,将对接头的力学性能不利. 因此,向熔池中加入适量Ti元素有利于改善熔池冶金反应,从而提升接头力学性能,焊接接头的最大抗拉强度可达206 MPa.     

304不锈钢激光深熔焊元素蒸发及焊缝合金含量变化

通过模拟和试验的方法对激光深熔焊304不锈钢焊缝合金成分变化进行了研究. 利用电子探针X射线显微分析对母材及焊缝中的Fe,Cr,Mn,Ni元素含量进行分析. 基于对焊接熔池温度场和流场的计算,建立了深熔激光焊元素蒸发和焊缝合金含量变化的模型. 结果表明,深熔激光焊元素蒸发主要发生在小孔及熔池表面,其中小孔内金属蒸发强烈,而小孔外的熔池表面蒸发量较小. 与母材相比,焊缝中Mn,Cr元素含量减少,而Ni,Fe元素含量增加. 焊缝合金含量变化随焊接功率增大而减小,但对于焊接速度的改变不敏感. 计算结果与试验检测结果吻合良好.     

工艺参数对可伐合金/DM308钼组玻璃激光焊接接头结合性能的影响

采用YLS-6000型光纤激光器对可伐合金4J29与钼组玻璃DM308进行激光焊接,研究了工艺参数对接头强度和界面结构的影响,分析了界面元素扩散行为. 结果表明,激光功率为700～800 W,焊接速度为4.5 mm/s,离焦量为0时,接头抗剪强度达到最大值,为10.97 MPa;4J29/DM308激光焊接头界面结合良好,存在反应层,分界线清晰可见. 玻璃侧有大量气孔产生,界面某些部位存在少量气孔,导致产生微裂纹;在高温条件下,元素扩散越均匀,界面反应生成Fe2SiO4越多,接头强度越高.     

激光焊接参数对汽车用双相镀锌钢DP780焊接接头性能的影响

通过实验研究了激光功率、焊接速度对零间隙激光焊接汽车用双相镀锌钢D P780焊接接头性能的影响。焊接速度恒定时,焊接接头固化时间随着激光功率的增加而增加,大量锌蒸汽通过液态金属及气孔逸出,熔池内部锌蒸汽减少,焊缝内部孔隙度水平下降、气孔本身变小,焊接接头性能增加;激光功率恒定、焊接速度不同时,随着焊接速度的增加,焊接接头固化时间减小,锌蒸汽通过液态金属及气孔逸出的难度增加,大量锌蒸汽停留在焊接接头内部,造成焊件表面和焊接接头内部孔隙度增加,由于气孔的存在,工件机械强度减少,焊接接头的焊接性能随之变差。     

高强钢激光复合焊接T型接头组织分析

采用15kW高功率激光复合焊接船用低合金高强钢T型接头构件.测定了接头截面的显微硬度,通过光学显微镜、扫描电镜和透射电镜分析了焊缝微观组织.结果表明:焊接接头没有气孔、裂纹等缺陷;焊缝和热影响区显微 硬度均高于母材,焊缝显微硬度最高为290HV;焊缝组织主要为细条状的粒状贝氏体和少量的M-A组元.贝氏体铁素体为细条状的铁索体,晶粒细小,晶界密度高.Cu、Ti等微合金元素形成的碳化物沉淀强化相分布于贝氏体铁素体内.细条状的粒状贝氏体组织的晶粒细化及其微合金碳化物(Cu,Ti)xCy的沉淀强化使得焊缝强度高于母材.     

激光功率对2195铝锂合金光纤-半导体激光复合焊接形貌与气孔的影响

光纤-半导体激光复合焊接技术充分结合了光纤与半导体激光热源的优势,在激光加工领域拥有巨大的潜力.针对2195铝锂合金开展光纤-半导体激光复合焊接试验,并定量研究激光功率对焊接形貌与气孔的影响.结果表明,光纤激光功率显著影响焊缝熔深,半导体激光功率显著影响焊缝上熔宽.基于回归分析方法建立焊缝横截面积预测模型.此外,光纤与半导体激光均对焊缝气孔缺陷的控制起着重要的作用,较高的光纤激光功率有利于降低气孔缺陷.对于4 mm厚2195铝锂合金,采用光纤激光功率为3.0 k W、半导体激光功率为2.5～3.0 k W时,熔池温度高且光纤-半导体激光复合作用范围大,焊接接头气孔缺陷少.     

激光摆动焊接工艺参数对不锈钢焊缝成形与气孔率的影响

采用激光摆动焊接实现了5 mm厚1Cr18Ni9Ti不锈钢的焊接,获得成形良好、低气孔率的接头.分析了焊接速度、摆动幅值、摆动频率、摆动形式对焊缝成形和气孔率的影响,从匙孔、熔池流动、气泡逸出的角度揭示了工艺参数影响气孔率的主要机理. 结果表明,对于5 mm厚不锈钢激光摆动焊接,适当提高焊接速度和摆动幅值,更利于减小气孔率;激光摆动频率在100 ~ 300 Hz可以兼顾较低气孔率和较好的焊缝成形;“8”形摆动激光可以获得相对较优的焊缝成形,焊缝气孔率最低,达到2.94%;而线性摆动激光获得焊缝成形最差,气孔率最高,达到19.13%.     

高效低碳钢芯(H08A)奥氏体不锈钢焊条优化及研制

采用H0 8A焊芯通过药皮过渡合金元素 ,成功地研制出了高效低碳钢芯 (H0 8A)奥氏体不锈钢焊条 ,可代替A10 2焊条 ,分析了不锈钢焊条药皮中影响焊缝气孔生成率的因素及各因素对气孔率的影响规律 ,研究表明焊条药皮中加入氧化铁红 (Fe2 O3)增加焊缝气孔率 ,随焊条药皮中大理石、萤石含量的增加 ,焊缝金属气孔率随之降低。利用计算机辅助设计的方法对焊条药皮配方进行了一次回归正交设计 ,设计及计算出了最优的焊条配方。试验证明 ,该焊条的各项指标均满足了GB 983 - 95标准 ,焊条的焊接工艺性优良     

薄片状TiNi合金/不锈钢激光微焊接接头组织特征

采用微型脉冲激光对0.2 mm厚的薄片状TiNi形状记忆合金/不锈钢异种材料进行对接焊,研究了接头的微观组织特征。结果表明,以纯Ni丝为填充材料、以微型脉冲激光为热源可以实现TiNi合金/不锈钢异种材料的良好焊接。焊缝中心区为细小的等轴晶组织,主要元素为Ti、Ni、Fe。Ti元素的含量和不锈钢母材基本接近, Ni元素的含量略高于TiNi合金母材,远高于不锈钢母材,但TiNi合金母材一侧基本没有Fe元素。TiNi合金母材与焊缝之间存在明显的界面区,宽度为10～20 μm,界面区有从不锈钢母材扩散而来的Fe、Cr元素。不锈钢母材与焊缝之间界面区的宽度较小,表现为界面线     

1420铝锂合金激光焊接气孔形成机理

1420铝锂合金与传统的2000、7000系列铝合金相比，密度低12％，弹性模量高8％左右，具有优异的抗腐蚀性和高温性能。激光焊接作为一种快速高效的焊接方法，在焊接1420铝锂合金时存在一个问题，即具有严重的气孔倾向。针对1420铝锂合金激光焊接中气孔产生的原因进行了比较系统的分析。分析认为，表层物质是焊接过程中氢的主要来源，一定要采用适当的方法进行彻底的清除，而Mg、Li等合金元素不仅增加了熔池吸氢倾向，还增加了匙孔末端的不稳定性，应该采用合适的熔透模式，改善熔池的流动，将这种不稳定性降到最低。     

镍基合金复合钢板的焊接

环化塔预热器壳体的设计材料是Hastelloy C-276、Monel 400两种镍基合金复合不锈钢板,焊接是制造这台设备的关键技术.通过分析镍基合金复合钢板的焊接特点,指出镍基合金复合钢板焊接的关键是控制基层根部焊接时,焊缝金属中不要熔入复层合金成分;复层堆焊后的合金成分接近或达到焊材的化学成分,满足耐蚀要求.采用台阶式坡口形式,是避免根部焊缝金属互熔的最好措施;控制焊接线能量的多层焊是保证堆焊复层耐蚀性的关键.     

Evaluation of microstructure and electrochemical corrosion behavior of austenitic 316 stainless steel weld metals with varying chemical compositions

Austenitic stainless steel weld metals have, in general, inferior corrosion resistance compared with the base metals. This is due to the fact that the weld metal has an inhomogeneous and dendritic microstructure with microsegregation of major elements (i.e., Cr, Mo, and Ni) as well as minor elements (i.e., S and P) at the δ-γ interface boundaries. The nonuniform alloying element concentration around ferrite particles plays a major role in determining the electrochemical corrosion behavior of such weld metals. Although the presence of ferrite is considered to be detrimental as far as the localized corrosion is considered, its exact role in uniform corrosion is still not clear. The uniform corrosion behavior of an alloy is determined by the fundamental electrochemical parameters of the major alloying elements. In this study, an attempt has been made to correlate the microstructure and uniform corrosion behavior of type 316 stainless steel weld metals with varying concentrations of Cr and Mo, and different ferrite contents. From the empirical equations obtained during the analysis of the electrochemical corrosion data, an attempt has been made to understand the role of Cr, Mo, and ferrite in altering the electrochemical corrosion parameters of the weld metal. Based on the extensive microstructural characterization, a dissolution model for the weld metal in the moderately oxidizing medium has been proposed.     

Simulation of nitrogen transport and desorption in laser welds of 21Cr–6Ni–9Mn stainless steel

Loss of nitrogen is a concern when welding nitrogen strengthened stainless steel alloys. Building on the current understanding of the underlying mechanisms, a three-dimensional simulation of conduction mode laser weld pool development using the volume of fluid technique was developed. Weld pools formed by a moving Gaussian heat input for two different laser power densities were simulated and the transport and surface desorption of nitrogen was tracked using nitrogen macroparticles. The penetration depth and width of the weld pool predicted by the simulation was comparable to the data derived from macrographs of welds made on nitronic 40 alloy. Additionally, the 25–32% predicted decrease in nitrogen composition of the weld fusion zone by the new rate law is comparable to the literature.     

奥氏体不锈钢TIG焊用活性剂的研制

应用正交试验法对奥氏体不锈钢TIG焊用活性剂配方进行了试验研究.采用所研制的活性剂,在不开坡口的情况下,当热输入E=1.01kJ/mm时,可一次焊透5 mm厚奥氏体不锈钢板;当E=1.95 kJ/mm时,可一次焊透8 mm厚奥氏体不锈钢板,焊接过程中电弧稳定,焊缝成形良好.活性剂对焊接过程中合金元素的烧损有一定的抑制作用,所得焊缝中Cr、Ni元素的含量与母材的相比只略有下降.A-TIG焊缝的显微组织结构与TIG焊缝的相比几乎没有差别,但前者的硬度高于后者.     

New model for prediction of ferrite number of stainless steel welds

Abstract

A new semi-empirical model for predicting the ferrite content of stainless steel welds has been developed. This model predicts the ferrite number of stainless steel welds as a function of composition. The model is based on an equation representing the free energy change between ferrite and austenite. This model has been derived from published data of experimental weld metal compositions and their corresponding ferrite numbers. The predictive capability of this model was found to be good and describes the effect of alloying elements on the ferrite number. This model is comparable in accuracy to currently available constitution diagrams but is applicable to a wider range of alloy compositions.