不同填充材料下316LN/Inconel 718异种激光焊接头的显微组织与力学性能

目的研究不同填充材料下316LN/Inconel 718异种激光焊接接头的显微组织、显微硬度及室温拉伸性能。方法分别对316LN/Inconel 718异种材料在不填充焊丝、填充ER316LMn焊丝和填充HGH4169焊丝的情况下进行激光对接试验。采用XJP-2C型倒置光学显微镜观察不同填充材料下接头的显微组织,401MVD型数显显微硬度计测量不同填充材料下接头显微硬度,WDW-100型万能电子试验机测量不同填充材料下接头的室温拉伸抗拉强度,最终,对不同填充材料下316LN/Inconel718激光焊接接头的显微组织和力学性能进行对比分析。结果不填充焊丝与填充ER316LMn焊丝时,可获得外观成形良好的焊接接头;填充HGH4169焊丝时,接头外观成形稍差,但力学性能较好;不填充焊丝时,焊缝组织主要为柱状树枝晶、胞状晶和等轴树枝晶,填充焊丝时,焊缝组织主要为柱状树枝晶和胞状晶。填充焊丝和不填充焊丝情况下,316LN侧熔合区均会产生分层现象,而Inconel 718侧熔合区分层现象则不明显;当填充HGH4169焊丝时,焊缝的显微硬度值与抗拉强度值最大,焊缝填充ER316LMn焊丝时次之,不填充焊丝时最小。接头抗拉强度最大值为764.59 MPa,接头断裂方式为典型的韧性断裂。结论填充焊丝较不填充焊丝时,接头的力学性能有所提高,且填充HGH4169焊丝时,接头的力学性能达到最佳,但焊缝的宏观成形难以控制。     

5383铝合金电子束焊接接头组织与性能研究

通过金相观察、力学性能试验和SEM技术研究了5383铝合金真空电子束焊接接头的金相组织、力学性能和断口形貌特征。结果表明,焊接接头的拉伸强度低于母材;焊缝区组织主要为基体上均匀散布的强化相,熔合区为柱状树枝晶;在焊缝熔合线附近由于一次枝晶的生长方向受凝固过程中温度梯度的影响,微观组织为垂直于熔合线方向的柱状树枝晶;焊接接头的拉伸断口呈韧窝特征,但底部易出现气孔缺陷,单纯采用扫描函数不能完全消除根部气孔缺陷。     

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。     

固溶时效态GH925/Inconel625异种合金焊接力学性能研究

采用氩气保护焊(MIG)和625专用焊丝,研究GH925合金圆柱搭接焊接电流、道次间隔时间(T=1～2 s)对焊结区组织成分、析出相对焊接接头力学性能的影响。研究表明,固溶时效态GH925合金采用625专用焊丝可以得到熔合良好的焊接接头,接头抗拉强度最高达到830 MPa,达到焊丝抗拉强度的1.15倍。焊缝区组织由奥氏体γ相和弥散析出δ相组成,焊接电流50 A时焊缝区以平面晶析出为主,出现晶界多边化现象;焊接电流65 A时焊缝为胞晶组织,焊接电流65和80 A时靠近熔合线母材一侧2～3 mm处出现δ相带状剧烈析出区,与δ析出温度范围有关。能谱分析表明析出相为(NiFeCr)固溶型复杂化合物。增加道次间隔时间T有利于获得力学性能更好的焊缝组织。     

7075高强铝合金激光填丝焊接组织与力学性能研究

采用光纤激光器对4mm厚的7075铝合金进行激光填丝焊接,对焊接接头的显微组织、相结构、断口形貌、力学性能进行观察和分析。结果表明:焊缝(FZ)边缘组织为柱状枝晶组织,焊缝中心为等轴晶组织;热影响区(HAZ)保留了母材(BM)的轧制长条状形态,但晶粒有所长大。母材的相组成主要为α-Al固溶体、S-Al_2CuMg强化相和η-MgZn_2强化相,焊缝无强化相析出。焊缝区硬度值为各区中最低,热影响区显微硬度呈阶梯式增长。焊接速度为2~4m/min的接头拉伸试样均在焊缝处断裂,抗拉强度最大为母材的67.5%。接头拉伸试样均出现了颈缩现象,断口由大量的等轴状韧窝构成,为韧性断裂。     

激光功率和离焦量对2 000 MPa级热成形钢激光焊接接头组织与性能影响

目的 研究激光功率和离焦量对PHS2000型热成形钢激光焊接接头焊缝区及热影响区显微组织、拉伸特性和硬度分布的影响。方法 采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)分析焊接接头的显微结构;利用拉伸实验和显微硬度实验探究焊接接头力学性能的变化规律。结果 随着激光功率从3 500 W增至4 700 W,焊缝区与热影响区平均晶粒尺寸总体呈上升趋势,抗拉强度先上升后下降,焊缝区平均显微硬度值在635HV~651HV内浮动,热影响区平均显微硬度值在434HV~451HV内浮动;离焦量对焊缝区的组织分布有显著影响,不同离焦量下的组织分布均较为分散,热影响区的晶粒尺寸在离焦量为−3 mm时达到最大,为10.67 μm。在不同激光功率和离焦量下,焊接接头的显微硬度值存在上下浮动,焊接接头各区的显微硬度分布规律基本一致,以焊缝为中心,两侧趋于对称分布。硬度分布规律如下:焊缝区硬度>母材区硬度>热影响区硬度。结论 在本实验条件下,与离焦量相比,激光功率对焊接接头显微组织及拉伸强度的影响更大。在焊接速度为150 mm/min条件下,设置激光功率为4 100 W、离焦量为−2 mm,此时抗拉强度最大,为1 715 MPa,达到母材抗拉强度的85%。     

异种高熵合金CuCoCrFeNi和AlCoCrFeNi的激光焊接头组织和性能研究

为开展异种高熵合金激光焊接性研究,采用光纤激光对1.2 mm厚的异种高熵合金CuCoCrFeNi和AlCoCrFeNi实施了对接焊试验,利用金相观察、EDS、XRD和显微硬度计等方法对接头组织和性能进行测试.研究表明:在经历焊接热循环后,HAZ的金相组织没有发生明显变化;在FZ附近发现两种不同类型的显微组织(柱状晶和胞状晶),WM中心区由等轴晶组成;WM区内各元素均匀分布,FZ附近区域焊缝晶界处存在Cu、Al元素的偏聚,与母材相比,该偏聚现象明显减弱;焊缝横截面的显微硬度略高于CuCoCrFeNi合金,远低于AlCoCrFeNi合金;异种接头拉伸试样断裂位置发生在AlCoCrFeNi合金母材处,接头的抗拉强度σb为166 MPa,断口形式为解理断裂,其断口形貌为扇形花样与河流状花样(无撕裂棱).与母材组织相比,焊缝区晶粒明显细化,且焊缝仍为高熵合金.     

GH600高温合金重熔层组织结构对激光焊接性能的影响研究

目的 研究GH600高温合金重熔层组织对T形激光焊接强度的影响。方法 采用激光焊工艺制备GH600高温合金T形焊接接头,采用金相显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪观察重熔层去除前后焊接接头的显微组织和元素分布。采用电子万能试验机测试去除重熔层前后焊接接头的力学性能,采用维氏硬度计测试焊接接头的硬度。结果 去除重熔层的焊接接头的抗拉强度约为1400MPa,约为未去除重熔层焊接接头抗拉强度的3倍。结论 焊接强度下降的主要原因如下：重熔层内部存在较大的内应力和缺陷;二次结晶时内应力释放;第二相对晶界的钉扎失效使晶粒异常长大,进而形成白带层。     

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。     

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.     

铝合金6082和5083 MIG焊接头的微观组织和性能

对高速列车车体常用铝合金6082与5083板材进行熔化极氩弧焊(MIG)对接,利用光学显微镜和扫描电镜分析异种材料焊接接头的显微组织特点,利用显微硬度计、拉伸试验机和电化学工作站对接头的力学性能和耐腐蚀性能进行测试和分析。研究结果表明,焊缝成型良好,焊缝区由细小的胞状树枝晶和等轴晶构成,熔合线附近为粗大的柱状晶;焊接接头抗拉强度为199.92 MPa,断后伸长率为5.18%,断裂位置在铝合金6082的焊接热影响区(HAZ),为韧性断裂,接头的正弯性能较差,背弯性能良好;铝合金5083侧的热影响区宽为4mm,6082侧的热影响区宽为15mm,接头两侧的硬度分布有明显差别,在6082侧距焊缝中心12.5mm的显微硬度最低为63HV;6082-5083异种铝合金焊缝的耐蚀性能优于母材5083,但比母材6082差。     

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。     

钛合金激光焊及其接头的显微组织与力学性能

采用光纤激光器对3.5 mm厚TC4合金板材进行焊接,并对焊接接头的显微组织与力学性能进行分析测试,确定了试验条件下的最佳激光焊参数。结果表明,焊缝熔合区组织主要为针状α′马氏体及少量β相,热影响区由α相及少量α′马氏体组成;接头区域的显微硬度在熔合区变化平缓,而热影响区的硬度下降明显。在激光功率为4.0 kW、焊接速度为3.0 m/min时,获得接头的力学性能最佳,焊缝强度与母材本身的强度接近。接头拉伸断口表面存在大量韧窝,呈明显的韧性断裂特征。     

CMT+P焊接电流对5083铝合金焊接接头组织及力学性能的影响

采用不同焊接电流,对3 mm厚5083-H116铝合金板材进行CMT+P焊接试验,并对接头显微组织、拉伸性能、弯曲性能等进行检测。结果表明,焊接电流对接头力学性能和焊缝中心晶粒尺寸有显著影响;焊接电流增大,抗拉强度降低,焊缝中心晶粒尺寸增加。通过对CMT+P焊接参数进行调整,可以获得满足使用要求的焊接接头,抗拉强度281 MPa,达到母材的84.38%;屈服强度163 MPa,达到母材的67.92%;伸长率13.5%,达到母材的75%;焊缝中心为等轴晶,熔合线内侧为柱状晶。      

超窄间隙激光焊接TC4钛合金接头组织及性能研究

以TA2为焊丝,采用超窄间隙激光焊接方法焊接了10 mm的TC4钛合金板,间隙为2 mm。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和拉伸试验机分析了TC4钛合金接头的组织与性能。结果表明,选取合适的工艺可以实现TC4钛合金超窄间隙激光填丝焊接,获得无缺陷的焊接接头。接头由母材、热影响区、熔合区、焊缝组成,界线清晰。其中热影响区为网篮状组织,焊缝由大β晶粒组成,大晶粒内部为杂乱的α+α′相针状组织,热影响区晶粒明显细化。由于超窄间隙的啮合效应,接头最大抗拉强度为893 MPa,达到母材的84.7%,断裂位置在焊缝中心。焊缝区和热影响区的显微硬度高于母材,且在热影响区的显微硬度最大,接头整体显微硬度呈马鞍状分布。     

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。     

6009铝合金光纤激光-MIG电弧复合焊和光纤激光焊工艺对比研究

采用光纤激光-MIG 复合焊和光纤激光焊分别对6009铝合金进行焊接,研究两种焊接方式下焊接接头的成型性、显微组织、拉伸性能、显微硬度、断口形貌的不同。研究表明：激光电弧复合焊的焊接速度是激光焊接的3倍;相比于激光焊,激光电弧复合焊焊缝中心显微组织更加细小;接头的抗拉强度达到母材的63%以上,而激光焊接的抗拉强度仅仅只有母材的38%;显微硬度试验表明：复合焊存在软化区,而激光焊接几乎没有软化区;断口分析表明：复合焊和激光焊的拉伸断口都是典型的韧窝状态,但是复合焊接的韧窝更加均匀。     

Inconel 718 激光焊接接头组织与热影响区裂纹研究

采用CO2激光器对板厚为11mm的Inconel 718合金进行激光焊接,并利用金相分析和扫描电镜对Inconel 718激光焊接接头各区域组织以及热影响区显微裂纹产生的原因进行了分析。研究发现:利用激光对Inconel718进行焊接,可以获得成形良好的焊接接头;焊缝区域组织为铸造组织,从熔合线到焊缝中心由较长的树枝晶逐步变为等轴晶;热影响区因受循环热输入的影响,晶界较母材出现粗化现象,且在钉头缩颈处出现沿粗化的晶界扩展的液化裂纹,裂纹两侧存在低熔点共晶体,主要富集Nb及Mo元素,低熔点共晶体在热输入影响下发生液化是裂纹产生的主要原因。     

交流磁场辅助铜-钢TIG填丝焊接头组织和力学性能

通过添加纵向交流磁场,以HS201纯铜焊丝为填充金属,对厚度均为2 mm的T2紫铜和Q235钢板进行TIG对接实验,研究添加磁场时的接头成形、组织结构及力学性能.结果表明:添加磁场后的焊缝表面成形良好.最佳工艺参数为:当焊接电流IE=95 A,焊接速率v=95 mm/min,磁场频率f=25～35 Hz,磁场电流I=0.4～0.6 A,接头力学性能较好,其抗拉强度最高为223.5 MPa,相比无磁场提高了44.5％.铜-钢TIG焊接头主要分为钢侧热影响区、熔合区、焊缝区和铜侧热影响区.添加交流磁场后,钢侧热影响区中的铁素体形态由大块状变为针状和侧板条状;焊缝区组织由胞状晶转变为细密均匀的胞状树枝晶;铜侧热影响区组织明显细化.添加磁场后,接头熔合区和焊缝区的相的种类未发生变化,均由(α-Fe)+(ε-Cu)组成;熔合区的溶质偏析现象得到改善,其(α-Fe)+(ε-Cu)颗粒由粗大的弥散分布状态转变为细小的聚集分布状态;焊缝区组织细化,且其均匀性明显提高,使得接头熔合区与焊缝区的硬度梯度相对减小.     

2024-T4铝合金光纤激光填丝焊缝成形与组织性能的相关性

2024-T4铝合金光纤激光填丝焊缝横截面分为钉头形和近X形2种典型形貌,对比分析了该2种形貌的焊缝成形与组织形态、显微硬度和接头拉伸性能的相关性。结果表明:近X形横截面的焊缝在焊接过程中更加平稳,焊接飞溅更少。焊缝区的组织特征为垂直于熔合线相对生长的柱状晶组织和焊缝中心的等轴晶组织。钉头形焊缝中心晶粒的二次枝晶较发达,逐渐形成等轴树枝晶,而近X形焊缝中心晶粒相对细小,呈现为等轴胞状晶。与钉头形横截面的接头相比,近X形横截面的接头焊缝区析出的强化相θ(Al2Cu)相对较多,平均显微硬度值略高,热影响区的软化现象逐渐减弱,接头强度和塑性略低。