电阻点焊接头超声波C扫描检测分析

运用超声波扫描显微镜对点焊接头进行超声波C扫描检测,分析了不同焊接工艺条件下的C扫描图像及其演变特征,同时研究了C扫描图像各特征区域A扫描信号的变化特征;通过拉剪试验获得了接头抗拉强度、峰值位移以及能量吸收值等力学性能参数,探讨了点焊接头C扫描图像与各力学性能参数之间存在的对应关系.结果表明:超声波C扫描图像能够反映点焊接头内部形貌特征;通过A扫描信号可以甄别C扫描图像的特征区域;当供给压力为0.15 MPa时,超声波C扫描图像可以呈现飞溅、过烧等焊接缺陷;随着供给压力的增大,焊核直径逐渐增大,接头能量吸收值、峰值位移与抗拉强度等力学性能均呈现先增大后减小的变化趋势.     

基于灰色关联的DP1180/DP590异质点焊接头工艺参数优化

以正交试验为基础,利用灰色关联度研究了不等厚异质点焊接头的多目标优化,通过极差分析得到以熔核直径、压痕率和最大拉剪力为衡量因子的最优参数,通过方差分析研究了各点焊参数对衡量因子的影响程度。结果表明:1.2mm的DP1180和1.5mm的DP590异质点焊接头最优工艺参数是:焊接电流为9.5kA、焊接时间为22cycles、电极压力为8.48kN,此时点焊接头的熔核直径为6.76mm、压痕率为17.70%、最大拉剪力为19.49kN,在保证点焊接头强度的同时降低了压痕率。点焊参数对衡量因子影响的主次顺序为焊接电流、焊接时间和电极压力。     

Static Performance and Fracture Numerical Analysis of 301L/Q235B Dissimilar Steel Resistance Spot Welded Joints

301L/Q235B异种钢电阻点焊接头静力学性能及断裂数值分析

王昌坤1,2*,刘慧玉1,范佳斐1,左银龙3,胡立国4

（1.北京交通大学 机械与电子控制工程学院,北京 100044;2.中铁上海设计院集团有限公司,上海 200070;3.中车唐山机车车辆有限公司,唐山 063000;4.中车长春轨道客车股份有限公司,长春 130062）

摘 要：对301L-DLT/Q235B异种钢2.0 mm板不同熔核尺寸的电阻点焊拉剪试样进行静拉伸试验。用有限元软件模拟出了点焊接头的力-位移曲线,分析了点焊接头拉伸断裂过程的应力应变分布和断裂演变过程。熔核硬度高于板材和热影响区。在静拉伸载荷作用下,电阻点焊接头拉伸过程的应力、应变随位移增大呈指数关系增长,301L板加载侧熔核边缘的应力值最大。点焊接头以熔核拔出断裂失效试样的静拉伸强度和塑性变形量优于以界面断裂模,由熔核界面断裂向拔出断裂转变的搭接面临界熔核直径为7.12 mm,约5 .

关键词：301L/Q235B异种电阻点焊;静力学性能;断裂模式;有限元分析

     

镀锌钢板点焊焊接接头组织与性能

采用了合理的电阻点焊焊接参数对镀锌钢板进行焊接,研究了点焊参数对焊接接头组织和性能的影响,分析了焊接接头的硬度分布和拉伸断口断裂机理。结果表明,焊接接头的抗拉强度随着焊接电流和焊接时间的增加均呈先增大后减小趋势;焊缝区铁素体组织随着焊接电流的增大现象明显,而焊缝区铁素体组织却随着焊接时间的增加而变得细密;焊接接头的焊缝区的硬度均匀,且高出母材很多;焊接接头断口表现出明显的延性断裂特征。     

AZ31B变形镁合金板材的TIG焊接

采用TIG焊对5 mm厚AZ31B挤压镁合金板材进行了焊接试验。采用万能拉伸试验机、金相显微镜、扫描电子显微镜和显微硬度仪等分析测试手段对焊接接头的组织、力学性能以及断口形貌等进行了分析。探讨了焊接电流对焊接接头的组织及力学性能的影响,揭示了不同焊接电流下焊接接头的断裂机制。结果表明,采用TIG焊焊接5 mm厚AZ31B镁合金板时,开X型坡口,采用双面焊接双面成型工艺,在130~145 A焊接电流及合适焊接速度条件下,能得到表面成型良好的焊接接头。当正反面焊接电流均为145 A时,AZ31B镁合金板焊接接头的抗拉强度达到最大值248.6 MPa,约为母材强度的84.0%。AZ31B镁合金板焊缝区显微硬度比母材区稍有所下降,热影响区显微硬度下降比较严重。当焊接电流为145 A时,AZ31B镁合金板焊接拉伸断口有大量韧窝,属韧性断裂。     

熔核尺寸与点焊工艺参数的回归模型

为了制定合理的焊接规范，保证点焊质量，采用正交试验设计法研究了点焊熔核尺寸与主要焊接参数(焊接电流、焊接时间、电极压力)之间的关系.对试验数据进行了多元线性回归，建立了熔核直径与焊接电流、焊接时间、电极压力、焊件板厚、电极直径之间的数学模型，并对熔核尺寸进行了预测.试验及预测结果表明：预测误差在1%～8%之间，具有较高的预测精度.该预测结果为电阻点焊工艺参数的选取提供了依据，对提高点焊质量有一定的意义.     

AZ31B镁合金电阻点焊熔核微观组织及力学性能研究

研究AZ31B镁合金材料电阻点焊过程中,由于焊接电流大小的不同,产生的熔核成形、微观组织和力学性能的特征。结果表明:较大的焊接电流可以使熔核直径、熔核高度等尺寸参数,以及有效承载面积得以显著提升;焊接接头由母材到熔核中心,其组织演变进程为平面晶—胞状晶—胞状树枝晶—等轴树枝晶;熔核内部以等轴树枝晶分布为主,晶间分布强化相;当焊接电流较大时,熔核边缘出现较为明显的软化现象,熔核内部硬度也略为降低;在熔核成形以及内部组织两方面因素作用下,较大的焊接电流可以获得更大的熔核承载面积和较高的焊点承载强度,从而提高了焊点质量。     

Al2O3颗粒增强铝基复合材料储能焊接头微观组织及性能

对0.3 mm厚Al2O3颗粒增强铝基复合材料薄板进行了储能点焊连接研究试验。发现其微型点焊接头由熔核区、热影响区和熔核向热影响区过渡的熔合区（线）组成。由于储能焊极短的焊接时间,大的冷却速率达到106 K/s,使得熔核组织显著细化,具有快速凝固特征。熔核中增强相Al2O3颗粒发生偏聚现象,在熔核边缘区域出现了气孔缺陷。当焊接电容C=6600μF、电压U=80 V、电极压力F=18 N时,获得较高力学性能的焊接接头。     

轨道车辆用Al-0.6Mg-0.6Si铝合金焊接技术与接头性能

对轨道车辆车体用新型Al-0.6Mg-0.6Si铝合金型材进行了MIG焊(惰性气体保护金属极电弧焊)试验,利用拉伸试验、光学金相(OM)和扫描电镜(SEM)等方法对焊接接头的成型、气孔缺陷、性能和断口形貌进行了观察和分析.结果表明:Al-0.6Mg-0.6Si铝合金采用70°V型对接形式,使用MIG焊接工艺和表面抛光良好、直径1.2mm的ER5356焊丝,能够获得成型良好的焊接接头.MIG焊接工艺参数为:焊接电流160～180 A,电弧电压18～20V,焊接速度6.0～6.5 mm/s.焊接接头的抗拉强度为266 MPa,断后伸长率为6.1％,断口位于焊缝,断裂形式为韧性断裂,断口呈典型的韧窝结构.     

AA6061-T6铝薄板无针搅拌摩擦点焊接头结构及性能分析

以车身覆盖件用1.5 mm厚AA6061-T6铝薄板为研究对象,采用Box-Behnken试验设计分析了不同焊接参数对无针搅拌摩擦点焊（PFSSW）接头力学性能及断裂模式的影响规律。通过响应面方法（RSM）对PFSSW接头的拉剪性能进行优化。结果表明：焊点的金相呈现“盆形”结构,当搅拌头转速为2950 r/min、下压量为0.6 mm和停留时间为7 s时,接头的最高拉剪失效载荷为6.41 kN。PFSSW焊点断口呈现3种断裂模式。其中,焊核拔出模式下接头的平均失效载荷最高（6.26 kN）,界面分离断裂模式最低（4.89 kN）,混合断裂模式居中（5.60 kN）。     

10CrNi3MoV钢的机器人MAG焊焊接接头微观组织与疲劳性能

对20mm厚10CrNi3MoV钢用机器人进行多层单道熔化极活性气体(Metal Active Gas,MAG)保护焊焊接,采用光学显微镜(Optical Microsope,OM)观察焊接接头组织分布,采用硬度计和疲劳试验机分析焊接接头的硬度和疲劳性能.结果表明:焊接接头热影响区(Heat Affected Zone,HAZ)宽度小,其硬度比母材硬度高,HAZ没有造成焊接接头强度软化.二次热循环作用使得焊缝粗晶区晶粒显著细化,焊缝区维氏硬度(HV)谷值约为170,母材硬度约为250.焊接接头应力在屈服点80%时低周疲劳试验循环10 000次没有断裂,而在屈服点90%时循环3 254次后断裂,并且断裂发生在焊趾处.     

单双丝埋弧焊工艺及接头性能比较分析

以生产中常用的16Mn钢材料为焊接母材,采用单丝交流、单丝直流埋弧焊和双丝埋弧焊工艺方法制备焊件.对不同工艺方法得到的焊接接头进行了拉伸试验,焊缝金属和焊接热影响区金属的室温冲击试验,观察了焊缝金属的显微组织,用扫描电子显微镜观察了冲击断口形貌,根据试验数据计算了不同工艺方法下的熔敷速度.比较分析结果表明:双丝埋弧焊工艺下的熔敷速度比单丝交流、单丝直流埋弧焊工艺下的熔敷速度分别提高了108%和64%,焊接速度分别提高了59%和67%,焊接工艺稳定性好,焊缝成形美观.三种工艺方法下得到的焊接接头抗拉强度和屈服强度无明显区别.单丝埋弧焊时焊缝金属的室温冲击韧度值比双丝埋弧焊时的高,单丝交流埋弧焊时焊接热影响区金属的冲击韧度值最高.     

22MnB5热成形钢板钨极氩弧焊接性能

对采用钨极氩弧焊接工艺(TIG)的厚度为4mm的22MnB5热成形钢板的焊接性能进行了研究,分析了不同焊接参数下接头的微观组织和力学性能。结果表明:采用直流TIG焊工艺,在其他焊接参数一定的条件下,当焊接电流为60A和100A时,所焊试件均出现焊接缺陷;焊接电流为80A时,焊接试件虽无宏观缺陷,但焊缝金属中出现魏氏组织。采用直流脉冲TIG焊工艺,在平均电流为60A时能够使焊接试件良好成形,试件焊缝及热影响区粗晶区、细晶区均为铁素体和珠光体的混合组织,热影响区内高温回火区由板条马氏体、下贝氏体及珠光体构成,低温回火区内碳化物呈粒状析出。随着距焊缝中心距离的增加,接头的显微硬度呈上升趋势,抗拉强度为631MPa,仅为母材的42.1%。     

TA2钨极氩弧焊焊接工艺的优化

为了研究TA2钨极氩弧焊的最佳工艺参数,采用自动TIG焊对厚度为5 mm的TA2试板进行了焊接实验.焊后对焊接接头进行了拉伸实验和硬度实验,并对焊接接头的显微组织和拉伸断口进行了观察.结果表明,在焊接电流为170 A、焊接速度为2.0 mm/s的最优参数条件下,焊接接头的抗拉强度为598.3 MPa,断后伸长率为26.7%,断面收缩率为38.5%,焊缝硬度为209 HB,热影响区硬度为182 HB.适宜的焊接工艺参数能够减少焊接接头中马氏体和魏氏组织的产生,并提高焊接接头的强度和塑性.     

热冲压22MnB5硼钢中频电阻点焊接头组织及力学性能研究

对2mm热冲压22MnB5硼钢试样采用中频电阻点焊连接技术,利用合适的焊接参数开展了热冲压硼钢中频电阻点焊工艺研究.对比分析了其组织及力学性能,并对试样接头进行拉剪实验、十字拉伸实验,横截面进行了微观组织、硬度分布、断裂模式分析,初步找到热冲压硼钢中频电阻点焊不同焊接规范对焊接接头力学性能的影响规律.结果表明:合理的中频电阻点焊工艺下的焊接接头具有良好的力学性能,能满足实际生产需求.     

磁场对AZ31镁合金焊接接头疲劳性能的影响

为了研究外加磁场对焊接接头疲劳行为的影响规律,在对5 mm厚的AZ31镁合金板进行钨极氩弧焊过程中,外加纵向交流变频磁场.对不同磁场参数下镁合金焊接接头进行应变控制疲劳实验,采用光学金相和扫描电镜对焊接接头的显微组织和疲劳断口进行分析.实验结果表明：当磁场电流为2 A,频率为20 Hz时,焊缝的疲劳性能达到最佳值.合适的外加纵向磁场可以促使电弧旋转对熔池进行搅拌,改变晶粒结晶过程,使焊缝中晶粒组织得到细化,进而使焊缝的疲劳性能得到改善.     

TC4钛合金薄板储能焊接头组织与性能

采用微型储能焊机对厚度为0．2mm的TC4钛合金薄板进行了快速连接,并研究了接头组织形貌及焊接参数对接头力学性能的影响。结果表明：储能焊能够实现TC4钛合金薄板的快速凝固焊接,焊接接头由熔核和熔核向母材过渡的熔合区（线）组成。极短的焊接时间和高的冷却速率,使得熔核凝固过程具有快速凝固特征,熔核中凝固组织得到显著细化。当焊接工艺参数为电压250V、电容6600妒、电极力20N时,接头剪切强度可达601MPa。     

镀锌钢板点焊形核机理的研究

通过比较板厚为1 1 mm的镀锌钢板与等厚度的普通钢板的点焊形核过程,针对表面镀锌层对点焊形核的影响,研究了镀锌钢板在单脉冲和双脉冲点焊时的形核机理.分析表明:表面镀锌层会延缓熔核的形成;采用合理的镀锌钢板双脉冲点焊规范,能够有效地减少锌在熔核中的残余量,提高了点焊质量的稳定性.     

TiC型双熔敷极耐磨堆焊接头组织与性能研究

采用原位自生的方法制备了TiC增强型耐磨堆焊熔敷层,对比了双熔敷极焊条电弧焊、传统焊条电弧焊对熔敷层组织和显微硬度的影响。分别在150 A、180 A和210 A焊接电流下进行两种电弧焊焊接,分析表明:焊接接头各区域组织都随焊接电流的增大而粗化,双熔敷极焊条电弧焊所得熔敷层组织比传统焊条电弧焊细;显微硬度随着焊接电流的增加,都呈现先上升后下降的趋势,熔敷层硬度最大值都出现在焊接电流为180 A时。     

310S耐热不锈钢TIC焊接接头组织与力学性能研究

采用钨极氩弧焊焊接方法,以不同的焊接工艺方案对310S奥氏体耐热不锈钢进行焊接试验.焊接试验完成以后观察焊缝成形的外观质量,采用金相显微镜对焊接接头进行显微组织观察分析,并进行力学性能测试.结果表明:在焊接电流I=140 A、焊接速度V=0.32m/min的焊接工艺方案下,焊缝外观质量优良,焊接接头的组织和性能是最优的.在该焊接工艺方案下,焊缝区的晶粒组织细小均匀,拉伸试验的断裂位置在母材区域,并且焊接接头的抗拉强度为481MPa,能达到母材抗拉强度的91％以上.