10CrSiNiCu船用高强钢光纤激光焊接接头组织和性能

为了促进船用高强钢结构激光焊接技术发展,利用光纤激光对8 mm厚的10CrSiNiCu钢板进行了填丝对接焊接。分析了焊接接头的微观组织形貌与硬度、拉伸、弯曲和冲击等力学性能,研究了焊接热输入对接头组织与性能的影响。结果表明,10CrSiNiCu钢激光焊焊缝区组织主要为马氏体+铁素体+贝氏体;热影响区粗晶区组织主要为块状铁素体+粒状贝氏体+马氏体。焊接接头硬度分布不均匀,焊缝区硬度最高,热影响区次之。当焊接线能量从5.00 k J/cm降至3.64 k J/cm时焊缝区硬度从346 HV增加至396 HV。接头拉伸试样均断裂在母材。3倍板厚压头作用下焊接试样可正向弯曲约113°,比母材降低近60°。熔合线和焊缝区的低温(-40℃)冲击功随着焊接热输入的增加而先增加后减小,在E=4.20 k J/cm时熔合线和焊缝区的冲击功最高,分别达到95 J和101 J,冲击试样断口均呈韧性断裂特征。     

热输入对激光焊中锰钢接头组织和力学性能的影响

采用光纤激光器焊接了0.1C-5Mn钢,研究了不同热输入对接头的组织、硬度、拉伸和成形性能的影响。结果表明,不同热输入的接头焊缝区均为马氏体组织,热影响区由细小马氏体/贝氏体混合组织、奥氏体和铁素体组成;焊缝区的平均硬度均比母材的高。当热输入为100 J·mm~(-1)时,接头的亚临界热影响区有轻微软化趋势。不同热输入的接头拉伸试样均断裂于母材区,断口为韧性断裂,且接头抗拉强度均比母材的大;接头杯突裂纹在焊缝区启裂并垂直于焊缝向母材区扩展;平行于轧向焊接的拼焊板成形性能优于垂直于轧向的。     

激光焊接热输入对微合金C-Mn钢全熔透焊接接头组织性能的影响

以抗拉强度700 MPa级Nb-Ti微合金化C-Mn钢为研究对象,采用高功率光纤激光器对4.6 mm厚钢板进行了拼焊实验,研究了热输入(162、175、187、226 J/mm2)对全熔透焊接接头显微组织、显微硬度、拉伸性能及冲击韧性的影响。研究表明,4种热输入条件下,焊缝区和粗晶区组织均以板条马氏体为主,存在不同含量的贝氏体和铁素体;随着热输入的增加,粗晶区原始奥氏体晶粒尺寸逐渐增大;热输入对细晶区和混晶区的组织影响不明显。焊缝区和热影响区平均硬度均高于母材;随着热输入的提高,焊缝区硬度和焊接接头的峰值硬度逐渐降低,主要原因是热输入增大形成贝氏体和铁素体。4种热输入条件下焊接接头的抗拉强度高于母材。4种热输入条件下焊接接头冲击吸收功均高于母材,且均为韧性断裂,研究范围内的热输入对焊接接头冲击性能影响不明显。     

50mm厚SA508Gr.3Cl.2钢超窄间隙激光填丝焊接头组织与性能

采用超窄间隙坡口和光纤激光填丝多层焊工艺,焊接了50mm厚的SA508Gr.3Cl.2核电用钢,测试并分析了接头的微观组织和性能。结果表明,焊接接头无宏观缺陷;热处理后接头中部焊缝中心组织主要为上贝氏体和针状下贝氏体,母材侧热影响区的粗晶区组织为高温回火马氏体,硬度为280HV。焊接接头拉伸试样的拉伸断裂位置均位于母材,接头抗拉性能良好。接头上、中、下部位的焊缝冲击韧性均小于母材的,但焊缝冲击试样的断口形貌仍具有一定的韧性断裂特征。     

X100管线钢光纤激光焊接头的显微组织及性能

通过激光焊接X100管线钢试验,研究了热输入对焊接接头显微组织和硬度的影响,并对典型的全熔透样品进行了力学性能分析。研究结果表明,当热输入达到1.5kJ·cm~(-1)时,可获得全熔透焊缝,熔宽和热影响区的宽度分别达到1.8mm和1.0mm。一定范围内的热输入对焊接接头各个微区的显微组织影响不明显,焊缝区、粗晶区和细晶区的硬度均高于母材的,混晶区的硬度低于母材的。拉伸断裂的位置出现在母材。激光全熔透焊接接头的冲击功达到母材水平,热影响区的冲击功达到母材的66%,均为典型的韧性断裂。     

800MPa级高强钢光纤激光焊接接头微观结构对硬度及疲劳性能的影响

利用6kW光纤激光器对1.5mm厚冷轧800 MPa级双相钢进行激光拼焊试验,研究激光焊接接头的显微组织演变规律、显微组织对显微硬度及疲劳性能的影响规律。结果表明,焊接接头主要包括焊缝区(WZ)、粗晶区(CGHAZ)、细晶区(FGHAZ)、混晶区(MGHAZ)和回火区(TZ),其中焊缝区和粗晶区显微组织均为马氏体,但焊缝区内的原始奥氏体晶界保留着柱状晶的生长形态,粗晶区内的原始奥氏体晶界呈多边形生长;细晶区和混晶区均为铁素体和马氏体,但细晶区的显微组织更为精细;回火区主要由铁素体和回火马氏体组成。混晶区和回火区显微硬度均低于母材,共同组成了焊接接头的软化区。由于软化区尺寸相对较窄(0.4 mm)且硬度降低幅度低(~6.8%),拉伸断裂位置出现在母材。在应力比为0.1的拉-拉疲劳条件下,母材和焊接接头的疲劳极限分别为545 MPa和475 MPa,疲劳断裂未出现在软化区。母材中的疲劳裂纹在铁素体与马氏体两相界面萌生并扩展;而焊接接头中的疲劳裂纹则在焊缝中的奥氏体晶界上或马氏体板条内萌生,沿着焊缝中心处柱状原始奥氏体晶界的交汇处切断马氏体板条束扩展。     

激光焊接三明治结构T型接头的研究

本试验采用IPG YLS-5000型激光焊接系统,焊接舰船用高强钢907A三明治板。采用万能试验机、显微硬度仪、超景深三维数码显微镜以及扫描电镜,测定了T型焊接接头的拉脱力学性能、显微硬度、显微组织和断口形貌。结果表明,焊缝和热影响区的显微硬度均高于母材,焊缝显微硬度在330~360HV0.2之间;焊缝组织为板条马氏体,热影响区组织主要为马氏体、残余奥氏体及少量析出碳化物;T型接头断口属于兼有韧性断裂和解理断裂的综合断裂;焊接速度和离焦量一定时,焊缝宽度和深度随激光功率的提高而增大;T型搭接接头的力学性能主要取决于搭接处的焊缝宽度,在当前工艺条件下进行3道次的激光焊,能保证腹板和面板的接合强度比母材的强度大。     

激光束摆动焊接低碳钢焊接接头的组织和力学性能

利用IPG YLS-6000型光纤激光器和摆动焊接头对Q235钢进行了线性焊接和摆动焊接试验,对比分析了两种焊接接头的显微组织及力学性能。结果表明:激光束摆动焊接较线性焊接可显著增加焊缝宽度(1.34 mm→1.60 mm);两种焊接接头各微区的显微组织相同,焊缝组织为板条马氏体、板条贝氏体和晶界铁素体,热影响区的完全奥氏体化区主要为铁素体和板条马氏体,不完全奥氏体化区则为晶粒尺寸不均匀的铁素体和珠光体;摆动焊接接头的整体硬度高于母材,焊缝纵向抗拉强度约为母材的1.74倍,延伸率仅为母材的66.7%,冲击韧度可达母材的90%左右,与线性焊接接头具有相同的力学性能。摆动焊接可以有效降低激光焊接对组对间隙的要求,且对焊接接头的硬度、强度和韧性无不利影响。     

超高强度30CrMnSiNi2A钢的激光焊接组织及性能

采用5 kWCO2激光焊接超高强度30CrMnSiNi2A钢,以获得性能优良的焊接接头.利用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)、显微硬度仪、电子万能试验机和X射线应力测定仪对激光焊接接头的显微组织、硬度、抗拉强度、拉伸断口和残余应力进行了研究.结果表明,焊缝中心区组织为等轴晶,近中心区组织为枝状晶,边缘区组织为粗大的柱状晶,熔合区组织为细长柱状品和细小等轴晶.热影响区(HAZ)组织主要为板条马氏体、贝氏体和少量残余奥氏体;焊缝区主要由α-Fe,NiCrFe,Fe-Ni以及MnSi2等相组成;焊缝区的硬度最高值约为518 HV,HAZ硬度最高值约为560 HV,从HAZ到基材硬度明显下降;焊接接头的抗拉强度平均值为802 MPa,断口均出现在靠近焊缝的母材区;焊接接头的冲击韧性为75.7 J/cm2;焊接接头的残余应力为压应力,焊缝区的残余应力平均值为-17 MPa,热影响区的残余应力平均值为-59 MPa.     

离焦量对1Cr17Ni2薄钢板激光焊接接头组织与性能的影响

利用YAG脉冲激光焊接系统对1mm厚的1Cr17Ni2不锈钢薄板进行对接焊接试验,通过焊缝组织分析、拉伸测试和显微硬度测试,研究了离焦量对焊接接头组织与性能的影响。结果表明:采用激光对1Cr17Ni2薄钢板进行对接焊后,焊接接头出现了组织分区,母材区组织主要是铁素体和马氏体,热影响区组织为板条马氏体组织和少量呈带状分布的δ铁素体,而焊缝区组织则主要以马氏体为主;随着离焦量增加,焊缝熔深逐渐减小,熔宽先增大后减小,焊缝处的马氏体含量逐渐减少,接头的抗拉强度先增大后减小;焊缝区的硬度最大,母材区的硬度最小,热影响区的硬度介于两者之间;焊缝区的整体硬度随着离焦量的增大而减小;当离焦量为-5.5mm时,热影响区中马氏体板条束群细小均匀,焊接成形质量好,接头的拉伸性能优良。     

10Ni5CrMoV钢真空激光焊接焊缝的组织与性能

采用真空激光焊接方法对10Ni5CrMoV低合金高强钢进行焊接,研究了环境压力对焊缝组织和力学性能的影响。结果表明:真空激光焊接可以明显改善激光焊缝的表面成形质量,增加焊缝熔深;环境压力对焊缝组织的影响不大,对热影响区组织的影响明显;不同环境压力下得到的焊缝均由马氏体组成;在热影响区,随着环境压力的降低,碳化物逐渐析出,显微组织由马氏体向马氏体+碳化物+极少量粒状贝氏体转变,并且出现了少量铁素体;真空环境下得到的焊缝中马氏体含量降低是硬度下降的主要因素;在环境压力为10 Pa时,焊缝硬度较大气环境下的减小6.2%;拉伸试样均断裂于母材处,试样出现明显的颈缩现象,断裂方式为韧性断裂。     

低合金高强钢激光-MAG复合多层焊接头力学性能

在对16 mm厚11CrNi3MnMoV低合金高强钢采用激光-熔化极活性气体保护焊(MAG)复合多层焊技术实现可靠连接的基础上,对焊缝和母材的硬度、拉伸、冲击性能进行分析,并从断口特征方面对其断裂原因和机制进行研究。结果表明,焊缝抗拉强度达到817 MPa,比母材高13%,其断口韧窝相对细小均匀,而母材断口的粗大韧窝明显多于焊缝,表明焊缝强度高,母材韧性好。冲击试验中随着温度降低,母材冲击功保持稳定,而焊接接头冲击功逐渐减小,-40℃左右发生延-脆性转变。焊缝断口主要存在韧性断裂区和脆性断裂区,而母材只存在韧性断裂区。     

高氮钢复合焊接接头组织性能分析

为了研究在不同热输入下高氮钢焊接接头各区微观组织和硬度分布,采用了Nd:YAG-MAG电弧复合焊接方法焊接高氮奥氏体不锈钢,进行了理论分析和试验验证,取得了不同热输入下焊接接头各区形貌、微观组织和显微硬度数据。结果表明,高氮钢复合焊接接头截面形貌呈"高脚杯"状,上部为电弧作用区,下部为激光作用区;焊缝组织由奥氏体和少量铁素体组成,随着热输入的增加,铁素体含量增多,铁素体树枝晶主干增长、增粗,有二次支晶分布在树枝晶主干两侧;焊接接头硬度分布不均匀,母材硬度最高,其值在330HV~370HV之间,焊缝区硬度在260HV~300HV之间;随着热输入的增加,焊接接头硬度降低;焊接接头没有出现软化区。这一结果对高氮钢复合焊接在不同热输入参量下获得良好焊缝提供了理论基础。     

激光焊接不等厚异种钢接头组织与性能研究

针对汽车用钢的焊接问题,利用光学显微镜、扫描电镜、硬度和拉伸试验研究分析了不等厚异种钢激光拼焊板接头的组织及性能。结果表明,焊缝区为板条马氏体组织,板条之间有残留奥氏体组织存在。熔合区附近的组织结构比较复杂,主要由马氏体和贝氏体构成。而相变诱发塑性(TRIP)钢热影响区组织主要由贝氏体和铁素体组成,且晶粒比较细小,双相钢(DP)接头热影响区中存在显著的马氏体组织,但几乎不存在过热区组织。接头焊缝区的硬度达到母材的1.6倍以上,此外接头宏观断裂发生在薄板DP钢的母材区。     

P92钢与Inconel 625合金厚板超窄间隙激光填丝焊接头的组织与性能

利用超窄间隙激光填丝焊技术实现了P92/Inconel 625异种接头,研究了焊接接头的组织和力学性能。结果表明,焊接接头的焊缝整齐,侧壁熔合良好,无气孔等缺陷;焊缝具有典型的凝固组织特征。P92钢热影响区的组织为马氏体,并分为粗晶区和细晶区。焊接接头界面中P92钢粗晶区的硬度最大,经热处理后硬度减小。常温拉伸试验中试样均断裂于Inconel 625合金,高温拉伸试验和高温持久试验中试样均断裂于P92钢,焊接接头的冲击韧性介于两种母材之间。     

QP980高强钢小光斑激光焊接接头组织与性能研究

采用光斑直径为0.1 mm的激光束对2 mm厚QP980先进高强钢进行激光焊接。借助光学显微镜、扫描电子显微镜、万能材料试验机和显微硬度计等工具，研究焊接速度对接头成形、组织演变及力学性能的影响，研究发现，随着焊接速度的减小，横截面形貌从“钉”形逐渐过渡为“沙漏”形，最后变为“直筒”形。焊缝熔化区马氏体形态粗大，热影响区主要由较为细小的马氏体构成，硬度均高于母材；回火区由于母材马氏体发生分解，使得该区域硬度比母材低，但随着速度的增加，马氏体分解程度逐渐降低。由于焊缝的硬化，焊接接头断后延展率降低，不同焊接速度下的拉伸断口形貌表明均为韧性断裂。     

50mm转子钢超窄间隙激光填丝焊接头组织与性能

设计了窄间隙的坡口并采用CO2激光填丝多道焊的方法焊接了厚度为50 mm的30Cr2Ni4Mo V转子钢,焊后观察并分析了接头不同区域的组织特征,通过接头的拉伸、弯曲试验及显微硬度评定了接头的性能,结果表明:选取优化的窄间隙激光填丝焊接工艺焊接的50 mm厚30Cr2Ni4Mo V钢对接焊接头成形良好,无侧壁未熔合等缺陷。接头中部填充焊焊缝中心由大量的针状铁素体和少量的粒状贝氏体组成,冲击韧性良好,表层填充焊焊缝由马氏体及少量的粒状贝氏体组成,冲击韧性有所下降。焊接接头拉伸试样均断于母材,接头最大硬度位于接头表层填充焊热影响区(HAZ)粗晶区,焊缝区的硬度较HAZ低很多。     

NiTiNb激光焊接接头退火前后的显微组织和力学性能分析

采用Nd:YAG脉冲激光焊机实现了200μm厚的NiTiNb形状记忆合金的激光焊接。焊接接头在850℃进行了退火处理。借助于光学显微镜、扫描电镜、精密拉伸机对接头的显微组织和力学性能进行了分析。结果表明,未热处理焊接接头的显微组织存在分层现象。熔合区的晶粒外延生长,焊缝中心为细小的等轴晶。焊接接头的抗拉强度为母材的90%。焊接接头断口韧窝小而浅,表现为延性断裂。热处理后焊缝的等轴晶消失,粗晶区和偏析区交替分布。母材和焊接接头都出现了应力诱发马氏体现象,表现为伪弹性。焊接接头的屈服强度仅为母材屈服强度的60%,母材和焊接接头的显微硬度低于热处理前的显微硬度。     

5A06 铝合金的激光填丝焊接头组织与性能

为了研究5A06铝合金焊接接头的显微组织和力学性能,采用3kW的Nd:YAG激光器填充SAl-Mg5焊丝,对2mm厚的5A06铝合金板进行对接拼焊。焊缝的化学成分基本和基材相同,显微组织在靠近熔合线附近为细小致密的柱状晶,焊缝中心为细小的枝状晶,热影响区宽度为50μm～100μm,晶粒粗化不明显;接头的拉伸强度达到母材的93%以上,延伸率为基材的58%左右;断口位置为热影响区,断裂特性和母材相似,均为韧窝和撕裂棱昆合型韧性断口。结果表明,在铝合金的激光焊接过程中,填充合适成分焊丝可以消除铝合金激光自熔焊时的凹陷、咬边等宏观缺陷,接头的综合力学性能得到极大改善。     

Q235/304异种钢激光焊接接头组织及力学性能研究

采用激光自熔焊接对Q235普通碳素钢和304奥氏体不锈钢进行异种钢焊接试验，研究不同焊接工艺参数对异种钢焊接接头的组织和力学性能的影响。试验结果表明，激光束能量密度高度集中，可以得到热影响区狭窄的高质量焊缝。根据直读光谱获取的元素含量，通过舍夫勒相图推测焊缝区域组织为马氏体组织，利用金相显微镜以及扫描电镜分析仪器验证焊缝主要由板条马氏体组织组成。显微硬度试验研究表明，焊缝区域硬度高于两侧母材。在热输入充足、焊接接头完全熔透的条件下，拉伸断裂发生在母材Q235钢一侧，说明焊接接头强度高于碳钢母材；焊接热输入不足时，会使得焊缝存在未熔合缺陷，甚至产生气孔，焊接接头拉伸断裂位置发生在焊缝中心。