熔化极电弧增材制造18Ni马氏体钢组织和性能

采用熔化极电弧增材工艺制备了成形良好的18Ni马氏体钢单墙体，研究了增材构件热处理前、后的组织力学性能. 结果表明，增材构件的微观组织主要是柱状树枝晶，沉积态增材构件组织和力学性能存在局部差异:构件组织顶部为马氏体，硬度平均值为360 HV；中部和底部区域则为马氏体和奥氏体且中部硬度平均值为468 HV，略高于底部硬度平均值437 HV；构件纵向抗拉强度(1375 MPa)高出横向抗拉强度(1072 MPa)约28.3%，对应的断后伸长率分别为1.1%和0.8%. 对增材构件进行825 ℃保温1 h的固溶热处理后，析出相重新溶入奥氏体，构件组织转变为马氏体，硬度值下降(平均值为328 HV)，变化波动小；纵向和横向抗拉强度相当，分别为1025 MPa和1034 MPa，断后伸长率分别为6%和14%.     

基于层宽控制的AZ91镁合金TIG电弧增材工艺优化

针对镁合金电弧增材制造表面成形质量控制的难题,通过Design-Expert软件对AZ91镁合金TIG电弧增材的电流、送丝速度、增材速度等工艺参数和熔覆层层宽之间进行建模,探索了各工艺参数对增材层宽的影响规律,并利用增材主要工艺参数和尺寸的数学模型优化了增材电流,根据电流优化值来控制直壁构件层宽。结果表明,对层宽影响最大的是增材电流,其次是增材速度,影响最小的是送丝速度;采用优化后的工艺增材制备的单道多层构件自上至下的层宽波动起伏小,层宽偏差值由4.54 mm减小到0.94 mm,提高了AZ91镁合金增材成形质量。     

高氮奥氏体不锈钢与603马氏体高强钢焊接接头组织及性能

高氮奥氏体不锈钢与603马氏体高强钢因优越的力学性能在装甲防护领域具有广阔的应用前景。根据“低强匹配”原则,采用ER307Mo奥氏体不锈钢焊丝对30 mm厚的高氮奥氏体不锈钢和603马氏体高强钢脉冲熔化极惰性气体保护焊对接焊接,并分析焊接接头微观组织及力学性能。研究结果表明：试验得到了表面成形良好、内部无裂纹、未熔合等缺陷的焊接接头;焊缝组织主要为奥氏体以及被奥氏体基体包围的铁素体树枝晶,高氮奥氏体不锈钢熔合线附近组织主要为奥氏体,603钢熔合线附近组织主要为条片状马氏体、贝氏体以及回火马氏体;接头的断裂形式以韧性断裂为主,存在少量的解理断裂特征,能谱仪点扫描结果表明,韧窝中心的第2相粒子为富Fe的碳化物;焊接接头的平均抗拉强度达722 MPa,平均断后延伸率达20.2%;焊缝金属的动态屈服强度为913 MPa,最大工程应力为2 045 MPa,抗冲击性能优于603钢母材。     

高铬镍奥氏体焊丝焊接10Ni5CrMoV钢接头组织性能分析

为解决10Ni5CrMoV高强钢厚板在大拘束度条件下焊接时无法避免的冷裂纹问题,自行研制了强度低于母材的高铬镍奥氏体不锈钢焊丝,采用低强匹配工艺对10Ni5CrMoV低合金高强钢厚板进行焊接并分析了接头组织性能.结果表明,采用该焊丝焊缝成形良好,无裂纹缺陷.焊缝主要由树枝状奥氏体组织组成,枝晶间有少量颗粒状析出相.其接头抗拉强度800 Mpa,弯曲试验无断裂,冲击韧性A_KV（-80℃）大于90 J,满足技术要求.     

超音频MIG辅助三丝电弧增材制造工艺研究

多丝多弧的增材技术具有更高的成形效率,但是较大的热输入会影响形貌和性能,因而引入超音频电弧以达到细化晶粒并提高熔深的目的。以316L不锈钢作为试验材料,采用MIG焊工艺,自主搭建超音频三丝电弧增材制造平台,基于单丝单道模型,进行了三丝单道单层以及三丝单道多层增材工艺试验研究。结果表明,30 kHz超音频电弧可显著细化熔敷道组织并破坏树枝状结构,横向和水平平均抗拉强度分别提高了81 MPa和23 MPa,水平平均断裂延伸率从18.5%提升到39.3%,且整体提高试件的显微硬度。但若频率过高,超声波带来的能量会过高,从而减缓冷却速度,导致晶粒粗化。     

AZ31Mg/2A12Al爆炸复合板界面组织与性能

镁合金板上复合铝合金板对拓宽镁合金的使用范围具有重要意义. 采用爆炸焊接进行了镁合金板和铝合金板工艺试验,并制成镁合金和铝合金复合板. 使用光学显微镜、扫描电子显微镜观察焊后复合板结合界面处的微观形貌,分析了界面形成过程. 使用显微硬度计和剪切试验机测量了复合板结合界面处的硬度和抗剪强度. 结果表明,经爆炸焊接后,复合板界面熔化区发生了冶金结合,对应的组织为Al₃Mg₂和Al₁₂Mg₁₇金属间化合物的混合物. 熔化区域硬度为126 HV, 较基板硬度有明显升高(铝合金110 HV,镁合金70 HV). 结合界面处同一取样方向上,试件抗剪强度存在差异:x轴方向取样的剪切件强度呈现出先增加后减小的变化趋势,其平均值分别为112.3 MPa (垂直爆炸方向),87.0 MPa (平行爆炸方向);y轴方向取样的各剪切件强度基本相当,平均值分别为56.5 MPa (垂直爆炸方向),62.0 MPa (平行爆炸方向).     

高氮奥氏体焊丝焊接超高强钢接头组织和性能

为解决超高强钢焊接冷裂纹问题，采用强度低于母材的高氮奥氏体丝材进行GMAW工艺试验，研究在不同坡口角度下超高强钢焊接接头组织性能. 结果表明，采用该焊丝获得的接头焊缝成形良好，焊缝截面未见裂纹缺陷. 熔合线附近组织主要为针状和板条状马氏体，焊缝组织主要为奥氏体及被奥氏体基体所包围的铁素体树枝晶. 熔合线附近马氏体区硬度平均值为530 HV；焊缝区硬度平均值为275 HV. 相对于60°坡口接头，90°坡口接头熔合线附近马氏体组织硬度更高. 90°坡口接头的抗拉强度平均达到850 MPa，最高达887 MPa，而60°坡口接头抗拉强度平均仅为690 MPa.     

坡口预留间隙对高强度钢厚板打底焊缝成形的影响

利用MSC. Marc有限元分析软件对低合金高强度钢厚板打底焊热过程进行数值模拟,从温度场角度分析坡口预留间隙大小对焊缝根部熔合的影响,并通过焊接试验对模拟结果进行验证和补充. 结果表明,在低合金高强度钢要求的焊接热输入下,当预留间隙小于2 mm时,打底焊缝根部出现未熔合或未焊透缺陷;当预留间隙增大到2~4 mm时,打底焊缝根部熔透,焊缝成形良好;当间隙增大到5 mm以上后,热源不足以熔化较多的侧壁母材金属,可能出现未熔合,实际焊接时需要采用大热输入摆动才能熔合良好.     

高氮钢CMT电弧增材制造多道搭接表面质量评价

针对电弧增材制造成形问题，提出基于三维表面粗糙度参数的零件表面质量评价方法. 以高氮钢为例，采用CMT工艺进行多道搭接试验，通过三维扫描设备提取零件表面信息，计算表面轮廓均方根偏差S_q和轮廓偏斜度S_sk，对比计算所得数据与实际表面成形情况，并利用所提出的方法研究了增材制造过程中电弧摆宽对多道搭接表面质量的影响. 结果表明，此评价方法所得数据规律与实际成形情况基本吻合，具有较好的适应性和科学性. 根据数值S_q和S_sk大小可将成形表面质量由优到差分为A，B，C，D 4个等级. 电弧增材制造的热输入和电弧摆宽对成形表面质量影响较大. 在热输入较大时，电弧摆宽为15和10 mm时，熔敷焊道余高小、宽高比大，搭接成形更好.     

中厚板7A52铝合金光纤激光焊接接头组织与性能

采用光纤激光对8 mm厚度的7A52铝合金板材进行对接焊接试验，分析焊缝上下组织及性能差异. 采用能谱仪（EDS）分析焊缝不同区域合金元素的烧损情况，并对焊缝和母材分别进行拉伸试验，测量焊缝显微硬度.结果表明，焊缝上部区域的显微组织比下部区域小，焊缝上部Mg，Zn 元素含量低于下部边缘；焊缝上部中心的显微硬度高于下部中心，焊缝上边缘的显微硬度小于下边缘； 焊接接头以韧性断裂为主要特征，抗拉强度为325 MPa，为母材的65.9%. 焊缝抗拉强度的降低与Mg，Zn元素的烧损、焊接应力、气孔缺陷等因素密切相关.