激光冲击处理对焊接接头力学性能的影响

上文对GH30、1Cr18Ni9Ti焊缝进行了激光冲击处理,试验发现激光冲击处理提高G30焊接接头强度12％,仅对疲劳寿命影响不明显;冲击提高1Cr18Ni9Ti焊接接头强度仅为5％,但提高疲劳寿命300％以上。为作进一步分析,本文测试了两种金属焊缝在有无激光冲击处理条件下的表面显微硬度分布和残余应力状态,并对GH30试件疲劳断口进行扫描电镜分析。经分析发现,激光冲击处理能显著提高GH30焊缝表层的显微硬度,也可以提高抗拉强度并获得较高的表面残余压应力,因此强化区域能抑制疲劳裂纹的萌生和扩展,降低裂纹扩展速率,但由于焊缝较宽,激光冲击光斑未能完全覆盖焊缝及热影响区,部分未冲击区域影响了疲劳寿命的提高。1Cr18Ni9Ti在等离子焊接过程中产生相变马氏体,减弱了激光冲击处理产生形变马氏体对提高显微硬度的作用,因此对抗拉强度影响不大,但激光冲击处理可以使焊缝表面获得较高的表面残余应力,因此能明显提高疲劳寿命。     

激光冲击处理对焊接接头力学性能的影响(Ⅰ)

当短脉冲、高峰值功率密度 (>10 13 W /m2 )的激光辐射金属靶材时 ,就产生高温、高压等离子体 ,该等离子体受到约束层的约束时产生高强度应力波冲击金属表面并向内部传播 ,在材料表面产生应变硬化 ,称这种表面强化技术为激光冲击处理或激光喷丸。激光冲击处理可以提高材料表层硬度、强度 ,并获得比传统的喷丸技术更深的硬化层或残余压应力层 ,从而更有利于材料疲劳性能的提高 ,为研究激光冲击处理在焊后强化方面的应用 ,本文对 1.6 6mm厚的镍基高温合金GH30、1.2mm厚的奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti板材焊缝进行了激光冲击处理 ,对比了激光冲击处理试件和未经激光冲击处理试件焊逢的表层显微硬度、残余应力、抗拉强度和疲劳寿命 ,发现激光冲击处理能提高GH30氩弧焊焊接接头抗拉强度 12 % ,提高 1Cr18Ni9Ti等离子焊接接头疲劳寿命30 0 %以上。     

激光冲击处理对焊接接头力学性能的影响（I）

当短脉冲、高峰值功率密度（＞10^13W/m^2)的激光辐射金属靶材时,就产生高温、高压等离子体,该等离子体受到约束层的约束时产生高强度应力波冲击金属表面并向内部传播,在材料表面产生应变硬化,称这种表面强化技术为激光冲击处理或激光喷丸。激光冲击处理可以提高材料表层硬度、强度,并获得比传统的喷丸技术更深的硬化层或残余压应力层,从而更有利于材料疲劳性能的提高,为研究激光冲击处理在焊后强化方面的应用,本文对1．66mm厚的镍基高温合金GH30、1．2mm厚的奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti板材焊缝进行了激光冲击处理,对比了激光冲击处理试件和未激光冲击处理试件焊缝的表层显微硬度、残余应力、抗强度和疲劳寿命,发现激光冲击处理能提高GH30氩弧焊接接头抗拉强度12％,提高1Cr18Ni9Ti等离子焊接接头疲劳寿命300％以上。     

高频冲击对0Cr18Ni9/GH4169焊接接头残余应力和性能的影响

对3 mm厚的0Cr18Ni9与GH4169试板进行氩弧焊对接焊接,之后对试板焊接接头及附近区域进行高频冲击工艺处理,采用盲孔法对焊接试板进行残余应力检测,通过拉伸和疲劳试验,对比了高频冲击工艺处理前后的0Cr18Ni9/GH4169异种钢焊接接头力学性能的变化。试验结果表明：未经高频冲击处理的试验焊接试件焊趾残余应力均为拉应力,经过高频冲击处理之后的试验焊接试件焊趾残余应力均为压应力;经过高频冲击处理之后的试验焊接试件的抗拉强度和疲劳寿命均有明显提升,但塑性基本无变化。     

Ti60钛合金/GH3128高温合金电子束焊接头脆裂原因分析

对Ti60钛合金和GH3128高温合金进行了电子束焊接,对接头显微组织、相成分和显微硬度进行分析. 结果表明,Ti60和GH3128电子束焊接性较差,在焊后产生裂纹. 焊缝内生成TiNi,Ti2Ni,TiCr2和TiNi3等脆性化合物,使得接头脆性增大. 焊缝区的硬度高于母材,钛侧焊缝区硬度值水平略高于镍侧焊缝区. 接头残余应力数值分析表面接头存在较大的横向残余拉应力,应力峰值达到704 MPa,使得钛/镍电子束焊接头在焊后随即开裂.     

激光冲击强化对不锈钢焊接接头拉伸性能的影响

利用激光冲击强化对12Cr2Ni4A不锈钢焊接接头进行处理,比较了激光冲击一次和二次前后焊接接头拉伸性能、显微硬度和表面残余应力.结果表明,12Cr2Ni4A 焊接试件经过二次激光冲击强化后,显微硬度提高了50%,抗拉强度由818.5 MPa提升至863.8 MPa,并且断裂区域由焊接热影响区转移至基体处,焊接试件的拉...     

激光冲击处理对TC4氩弧焊焊缝力学性能的影响

采用激光冲击处理(LSP)工艺对TC4钛合金钨极氩弧焊焊缝进行焊后处理,分别检测经过激光处理的焊缝及未经处理的焊缝的表面显微硬度、接头的拉伸性能、接头的疲劳寿命。结果表明:与未经LSP处理的接头相比,TC4钛合金TIG焊焊缝经过激光冲击强化处理后,焊缝区域表面显微硬度降低,而焊缝热影响区表面显微硬度增大;焊接接头的抗拉强度、屈服强度、断后延伸率、疲劳寿命均得到了不同程度的提高。     

激光冲击对45钢-40Cr钢焊接接头组织与性能的影响

为探讨激光冲击处理对45钢-40Cr钢焊接接头组织性能的影响,对激光冲击前后接头各区域的显微组织、残余应力与显微硬度进行了测试。结果表明:焊接接头经激光冲击后,焊缝区原有的马氏体组织在冲击波的作用下分解为细小的马氏体组织;冲击区域内焊缝区、热影响区以及母材区的残余拉应力都变为压应力,并且焊缝中心处有最大平均残余压应力-395 MPa;激光冲击使接头各区域的硬度值有不同程度的提高,热影响区附近提高了约60 HV0.3,焊缝中心提高了约40 HV0.3,且其硬度影响层深度都约为0.5 mm。     

半导体激光焊接85Cr17与0Cr18Ni9不锈钢的组织与性能

采用半导体激光作为焊接热源,对高碳马氏体不锈钢85Cr17和奥氏体不锈钢0Cr18Ni9进行对接焊试验,分析了焊接接头的显微组织并测试了显微硬度和拉伸强度.结果表明:采用半导体激光焊接工艺可实现85Cr17和0Cr18Ni9的对接焊,获得连续、平整的焊缝;焊缝中心区域主要为等轴晶,近中心区为柱状晶与树枝晶的混合组织.靠近基体侧的焊缝边缘区为柱状晶组织;焊缝区的平均硬度高于两种基材;拉伸试样均断在85Cr17侧热影响区,未焊透时,焊接接头抗拉强度达到0Cr18Ni9母材的88%,焊透时,抗拉强度达到0Cr18Ni9母材的95%以上.     

焊后低温热处理对马氏体不锈钢组织和性能的影响

对ZG06Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢进行了焊后低温热处理工艺试验(240、300 ℃),通过显微组织分析、拉伸及弯曲试验、硬度试验及残余应力测试对不同低温热处理下焊接接头的显微组织、力学性能、硬度和残余应力等进行了研究。结果表明,经低温热处理后,接头焊缝热影响区组织为回火马氏体及碳化物,接头焊缝区的组织为低碳马氏体+块状马氏体+碳化物,接头的抗拉强度变化不大,硬度略有下降,经240 ℃低温热处理后,焊接接头焊缝处的残余应力消除了69.1%。     

激光冲击强化对异型材焊接接头性能的影响

为了研究激光冲击强化对异型材焊接接头性能的影响,对5 mm厚40Cr钢与45钢焊接接头进行激光冲击处理,分析了冲击后凹坑形貌以及冲击前后焊接接头残余应力、显微硬度的变化情况。结果表明,焊接接头不同区域产生不同程度的压塑性变形;焊缝区和热影响区的残余拉应力变为压应力,且在焊缝中心处有最大平均残余压应力396 MPa;冲击后焊接接头的显微硬度也得到一定程度的提高。激光冲击强化有效地提高了异型材焊接接头的性能。     

9Cr18Mo/GH3625异种合金燃油组件激光焊接头的组织分析

针对发动机燃油组件的焊接性问题,采用光学显微镜观察了9Cr18Mo/GH3625环焊缝脉冲激光焊接头显微组织,采用硬度计测量了接头显微硬度分布,研究了接头各区域的组织演变。结果表明,激光焊接头表面成形良好,由于经历二次加热,接头定位焊点处易出现气孔、热裂纹缺陷。脉冲激光的间隙加热使焊缝组织呈明显的分层,焊缝底部为柱状晶,焊缝中部和顶部均为等轴晶,等轴晶的尺寸在焊缝中部发生突变;接头9Cr18Mo合金侧热影响区宽度约为0. 5 mm,焊接的高温作用使该区发生晶粒长大和碳化物溶解,且越靠近焊缝,碳化物溶解现象越明显; GH3625合金侧热影响区宽度约为0. 4 mm,该区晶粒发生长大;接头自9Cr18Mo合金侧至GH3625合金侧显微硬度逐渐降低,9Cr18Mo合金侧热影响区靠近熔合线位置生成高碳马氏体使显微硬度显著升高。     

Effect of post-welding heat treatment on microstructure and mechanical properties of 1Crl8Ni9Ti and 2Cr13 steel welded joints

通过钨极氩弧焊方法,对1Cr18Ni9Ti与2Cr13钢实施焊接,并对焊接接头整体进行焊后热处理。采用OM、SEM对2Cr13与1Cr18Ni9Ti钢热处理前后的焊接接头组织进行分析,利用显微硬度计、电子万能拉伸机测量了焊接接头的力学性能。结果表明,1Cr18Ni9Ti和2Cr13钢焊接接头热处理前焊缝组织为典型的柱状晶,组织为板条马氏体＋残留奥氏体＋碳化物;热处理后焊缝组织为回火索氏体,而且碳化物析出量也明显增多。拉伸时,热处理前后焊接接头断裂的部位都发生在奥氏体不锈钢热影响区一侧,热处理前后焊接接头的抗拉强度分别约为635.56、649.44 MPa;焊缝区的显微硬度分别约为276、222 HV0.5,热处理后焊接接头的整体显微硬度比热处理前的明显降低。     

焊后热处理对1Cr18Ni9Ti与2Cr13钢焊接接头组织和性能的影响

通过钨极氩弧焊方法,对1Cr18Ni9Ti与2Cr13钢实施焊接,并对焊接接头整体进行焊后热处理。采用OM、SEM对2Cr13与1Cr18Ni9Ti钢热处理前后的焊接接头组织进行分析,利用显微硬度计、电子万能拉伸机测量了焊接接头的力学性能。结果表明,1Cr18Ni9Ti和2Cr13钢焊接接头热处理前焊缝组织为典型的柱状晶,组织为板条马氏体+残留奥氏体+碳化物;热处理后焊缝组织为回火索氏体,而且碳化物析出量也明显增多。拉伸时,热处理前后焊接接头断裂的部位都发生在奥氏体不锈钢热影响区一侧,热处理前后焊接接头的抗拉强度分别约为635.56、649.44 MPa;焊缝区的显微硬度分别约为276、222 HV0.5,热处理后焊接接头的整体显微硬度比热处理前的明显降低。     

焊缝碾压技术在航天发动机薄壁件上的研究与应用

对航天发动机用1 mm薄壁件(材料包括不锈钢1Cr18Ni9Ti、1Cr21Ni5Ti及高温合金GH3044)焊缝进行了焊后碾压技术处理,对比了焊缝碾压前后的焊缝平整度、残余应力、焊缝质量及力学性能的变化。试验结果表明:焊缝碾压技术可有效提高航天发动机用薄壁件焊缝区域的平整度,提高了焊接接头的强度,有效降低焊缝内部的焊接残余应力。     

12Cr/30Cr2Ni4MoV异质接头低周疲劳性能

文中研究了12Cr/30Cr2Ni4MoV异质焊接接头的显微组织、显微硬度和室温低周疲劳性能. 结果表明,母材12Cr的显微组织是板条状回火马氏体,母材30Cr2Ni4MoV是板条状回火马氏体和粒状回火贝氏体,过渡层和焊缝的显微组织为粒状回火贝氏体,且焊缝由柱状晶区与等轴晶区交替构成. 30Cr2Ni4MoV比12Cr有更高的显微硬度,过渡层的硬度最低,热影响区的显微硬度梯度变化. 12Cr,30Cr2Ni4MoV和过渡层的低周疲劳性能表现为循环软化特征,焊缝循环初期硬化随后软化;过渡层的疲劳过渡寿命最高;12Cr与过渡层之间的熔合界面是整个异质焊接接头低周疲劳最薄弱环节;焊缝柱状晶区的晶界或亚晶界分布的第二相粒子与基体的不协调变性,容易萌生疲劳裂纹.     

双面激光喷丸冲击顺序对TC4钛合金激光焊接薄板强化效果的影响

对TC4钛合金激光焊接薄板进行双面激光喷丸处理,对比先强化焊缝背面和先强化焊缝正面这两种冲击顺序下试样的显微硬度和残余应力的变化,并通过拉-拉疲劳试验和疲劳断口观察分析冲击顺序对试样强化效果的影响。结果表明:双面激光喷丸冲击后,与先冲击焊缝正面的试样相比,先冲击焊缝背面的试样其焊缝背面的显微硬度提高更为显著,残余压应力峰值更高,在相同疲劳试验条件下其中值疲劳寿命提升更为显著,其疲劳裂纹扩展路径更为曲折,瞬断区韧窝尺寸更大。     

激光冲击强化对焊缝组织性能影响的研究进展

激光冲击强化(LSP)是一种典型的非弹丸撞击式表面强化技术,可有效提高金属材料的抗疲劳能力、抗腐蚀能力、金属耐磨性能和使用寿命,具有应变率高、效率高、强化效果好等优点。焊缝质量直接影响了焊接件的合格率,而焊缝强化一直是一个比较难的挑战。首先,介绍了激光冲击强化的加工原理,总结了激光冲击强化的影响参数及条件,包括激光功率密度、约束层和吸收层、激光冲击次数、光斑搭接率以及激光脉宽。控制强化工艺参数可以使焊缝显微硬度提升50%、残余压应力提升65%以上,大幅度提升抗拉强度,降低疲劳裂纹扩展。其次,综述了国内外研究人员运用激光冲击强化技术对不同材料焊缝强化的研究与应用,重点论述了激光冲击强化对焊缝力学性能和显微组织的显著强化效果,与未强化试样对比,强化后试样的各项性能明显提升。其中针对力学性能,详细分析了显微硬度、残余应力和疲劳裂纹扩展的变化情况,结合残余应力的理论研究、仿真分析、试验论证以及显微组织变化情况,认为激光冲击强化导致马氏体组织发生了碎化,提高了硬度,产生了残余压应力,引起了晶粒细化,进而有效控制了疲劳裂纹扩展,阻止了裂纹产生,提升了疲劳寿命。通过激光冲击强化不同工艺参数的协同作用,可以获得较高的残余压应力和硬度,引起动态再结晶、晶粒细化等微观组织演变以及位错运动,使焊缝力学性能和显微组织产生相互影响。分析认为,激光冲击强化技术是焊缝强化的有效焊接后处理工艺。最后,展望了激光冲击强化技术在焊缝强化领域中的应用前景。     

0Cr19Ni30Al2奥氏体不锈钢焊缝组织和性能的研究

选用0Cr19Ni30Al2奥氏体不锈钢板材进行非熔化极惰性气体保护焊,焊后在650℃下对焊接接头进行时效处理。利用OM、SEM以及显微硬度计对焊接接头进行了金相组织、断口形貌和显微硬度分析。结果表明,0Cr19Ni30Al2奥氏体不锈钢板材焊接成型性能良好,焊缝表面光滑,无热裂纹。对比未时效和经650℃时效处理100、500 h三组试样的晶粒度、抗拉强度、伸长率和显微硬度,0Cr19Ni30Al2奥氏体不锈钢板材焊接接头晶粒长大不明显,热稳定性高,材料的抗拉强度提高,伸长率下降,显微硬度有小幅度提高。     

2A12铝合金焊接接头超声冲击强化机理分析

使用ZJ-Ⅱ型超声波冲击设备对2A12铝合金焊接接头进行了超声冲击处理。用金相显微镜观察分析了超声冲击强化处理前后焊缝断面的显微组织,用显微硬度计测试了焊缝断面的显微硬度,用X射线应力仪测定了残余应力沿焊接接头表面横向的分布.通过以上分析,研究了铝合金焊接接头超声冲击强化的微观机理。结果表明,超声冲击处理可以在焊缝表面形成300μm左右的塑性变形层,焊缝中气孔、缩松等缺陷明显减少,焊接接头表面和断面显微硬度明显提高。消除了焊接接头表面残余拉应力,形成了残余压应力。