高效激光-MAG复合焊接船用高强钢的性能

采用光纤激光-MAG复合焊接技术,在激光输出功率为10 kW的条件下单道一次穿透焊接18 mm厚EH36船用高强钢板,实现了良好的单面焊双面成形工艺技术,且无焊接缺陷存在。本次试验的最佳工艺参数为激光输出功率10 kW、离焦量0 mm、光丝间距3 mm、焊接电流400 A、焊接电压31.1 V、送丝速度14.2 m/min、焊丝伸出长度20 mm、保护气流量20 L/min、焊接速度1.5 m/min。采用分析检测设备对焊接接头的显微组织及力学性能进行分析。结果表明:焊缝上部(电弧作用区)的组织特点是先共析铁素体在柱状晶界以侧板条状生长,在柱状晶内还存在少量粒状铁素体;在柱状晶内,亚结构组织主要由板条状马氏体和针状贝氏体组成,并存在少量上贝氏体;V形带状组织主要由板条马氏体与少量贝氏体构成。焊缝下部(激光作用区)组织主要由板条马氏体组成。电弧作用区与激光作用区的焊接热影响区组织主要由板条马氏体组成。电弧作用区与激光作用区的焊接接头最高硬度均出现在热影响区,激光作用区的焊缝硬度最高,然后依次为焊缝中V形带状组织区、电弧作用区焊缝。焊接接头在室温下的平均抗拉强度为521 MPa,拉伸试样均断裂于母材;焊接接头正弯试验满足标准要求;在-20℃下,焊缝金属、热影响区及母材的平均冲击功分别为57,53,52 J,力学性能指标均满足船级社要求。     

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。     

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。     

27SiMn高强钢激光-MAG复合焊接头组织和性能

利用光纤激光-金属活性气体(MAG)复合焊接方法焊接了25mm厚的27SiMn高强钢,分析了焊接接头的微观组织和力学性能。结果表明,接头钝边焊道焊缝和热影响区主要为马氏体;填充焊道的焊缝主要由晶内针状铁素体、少量先共析铁素体和上贝氏体组成,其热影响区组织以马氏体为主。焊接接头硬度分布不均匀,钝边焊道硬度的最高值出现在焊缝;填充焊道硬度的最高值出现在粗晶区,母材的硬度最低。拉伸时接头均断于母材。冲击试验结果表明,钝边焊道焊缝的冲击断口存在脆性断裂区和韧性断裂区,填充焊道焊缝的冲击断口仅观察到韧性断裂区。     

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。     

双面超薄不锈钢复合板激光焊接接头组织性能研究

以高Cr、Ni合金粉为填加材料,采用Nd∶YAG脉冲激光对0.1 mm+0.8 mm+0.1 mm双面超薄不锈钢复合板进行对接焊,对焊接接头的组织、抗拉强度、焊缝区显微硬度以及焊缝表面耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,激光焊接的表面成形性好、变形小、无缺陷,焊缝金属与覆层不锈钢及基层碳钢连接良好;焊缝中心为晶粒取向不规律的细小等轴晶,其他区域为柱状晶,几乎看不到热影响区,焊缝表面为奥氏体+少量铁素体+少量马氏体组织;焊接接头的抗拉强度达到了母材的92%,伸长率为母材的25%;焊缝区显微硬度与母材相比有显著提高;不锈钢复合板焊缝表面和母材覆层抗电化学腐蚀性能接近。     

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。     

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。     

5mm厚紫铜激光焊接接头组织及性能研究

为了研究离焦量对5mm厚紫铜激光焊接焊缝成形的影响和组织特征及性能,采用金相显微镜对焊缝组织及形貌进行分析,并对接头进行了拉伸及电导率测试。结果表明,在高离焦量绝对值时,易出现飞溅并造成焊缝表面孔洞,在离焦量0mm~-2mm范围内可获得成形良好的焊缝;焊缝纵截面柱状晶与焊接方向的角度由两侧的90°逐步降低为中间的0°,靠近焊缝上表面的柱状晶长度约为靠近下表面的柱状晶长度2.96倍,热影响区晶粒发生粗化,且离焦量+1mm对应的热影响区宽度最大;焊透情况下的不同离焦量对应的接头拉伸强度相当,可达母材的77.3%,离焦量0mm~-1mm对应的接头延伸率略高于离焦量-1mm~-4mm对应的接头延伸率,可达母材的54.9%;焊缝的电导率与母材几乎一样。该研究有利于获得成形良好的紫铜激光焊接接头。     

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。     

激光摆动焊接的功率对钢/铝焊接接头的影响

为了研究不同激光功率对摆动焊接钢/铝材料的影响,采用大功率碟片激光器和PFO3D摆动接头相结合,对DP780双相钢和5083铝合金两种金属进行了搭接实验.结果表明,1400W～1600W的功率区间内可有效实现板材焊接;激光功率为1400W时,焊接接头的金相组织为低碳马氏体,显微硬度的最低值和最高值分别位于热影响区和焊缝...     

激光焊接镀锌钢/冷轧钢异种板材工艺试验研究

为了研究镀锌钢/冷轧钢异种板材间激光焊接性能,采用光纤激光器及其配备的机器人对其进行了焊接试验,并对接头进行了显微组织和力学性能分析。在试验的基础上,分析了激光功率、焊接速度、离焦量等主要工艺参量对焊缝性能的影响。结果表明,在一定范围内,随着激光功率的增大和焊接速度的降低,焊缝宽度和熔深增加;焊缝及热影响区硬度均高于母材,焊接接头的强度与母材冷轧钢板相当;为保证焊接接头强度和性能的有效过渡,克服因其物理性质差异所导致的焊缝与拼接中心间的偏离,激光光斑中心宜向冷轧钢板一侧偏移。     

不同功率对激光摆动焊接钢/铝异种材料的影响

为了得到高质量的钢/铝接头, 采用激光摆动焊接的方法、使用不同的功率对DP780双相钢和5083铝合金两种金属进行了搭接实验, 研究了不同焊接功率对钢/铝接头宏观形貌、微观组织和力学性能的影响。结果表明, 1400W~1600W的功率区间内可有效实现板材焊接; 激光功率为1400W和1500W时, 焊接接头的金相组织以马氏体为主, 当激光功率为1600W时, 接头内的铁素体增多, 马氏体减少, 焊接接头的金相组织以铁素体为主; 3种接头显微硬度的最低值和最高值分别位于焊缝中心和热影响区, 在1500W的激光功率下, 焊接接头的力学性能最好, 钢侧接头的显微硬度约高于母材显微硬度的1.7倍; 接头的最大剪切强度达到113N/mm。此研究结果应用在船舶制造领域具有较重要的意义。     

高功率激光焊接汽车用高强钢B450LAD组织与性能

采用15 kW CO3激光器对1.8 mm厚的热镀锌薄板B450LAD进行了高功率激光焊接.对工艺优化后所得到的4组焊接工艺规范参数的焊接接头进行宏观与微观组织分析、显微硬度试验以及拉伸力学性能试验.结果表明,在激光功率5.8～12.9 kW以及焊接速度3～7 m/min参数下,1.8 mm厚13450LAD镀锌钢板均可获得成形良好、无缺陷的焊缝;焊缝截面呈上宽下窄的倒梯形,热影响区(HAZ)相当窄;焊缝熔化区组织均为马氏体、细晶区组织为少量马氏体和铁素体;其焊缝中心显微硬度约为母材(BM)的2倍;焊接接头具有良好的拉伸力学性能,且4种拉伸试样均断于母材处.实验的4组工艺参数可作为此钢材不同应用场合下高功率激光焊接的工艺参考.     

新一代钢铁材料激光焊接接头的组织和强韧性研究

新一代钢铁材料为晶粒尺寸在微米或亚微米级的铁素体钢,其强度比普通铁素体钢提高一倍,同时又具有较好的韧性。解决该钢的焊接问题,是新一代钢铁材料成功的关键。本文采用CO_2激光进行SS400钢的不填丝焊接,获得了强韧性高于母材的接头。当焊缝和热影响区金属主要由下贝氏体组成时,冲击功最高。当出现侧板条铁素体或低碳马氏体含量较多,冲击功下降,但都高于母材。接头硬度值低于HV330,无软化区,具有良好的弯曲塑性,强度高于母材金属。     

激光焊接800MPa级RPC钢接头组织特征

RPC钢是一种具有超细的贝氏体组织和较好力学性能的新一代钢铁材料。激光焊接有很快的加热和冷却速度 ,热作用范围窄 ,在合适的工艺条件下可避免RPC钢HAZ的软化 ,激光焊接是高质量焊接RPC钢的方法之一。本文利用 4kWYAG激光对RPC钢焊接接头组织进行了实验研究 ,分析了在激光焊接工艺条件下焊接接头组织及其变化规律。实验结果表明 ,RPC钢激光焊接接头的主要组织是由板条状的贝氏体铁素体板条和板条间呈方向性分布的岛状的M -A组元组成的粒状贝氏体 ;随着热输入的增大 ,M -A组元的平均宽度、总量增大 ,M -A组元单位长度的数量减少 ,长条形M -A组元比例下降 ,而方块形M -A组元比例上升 ;焊接接头显微硬度随热输入的增大而减小 ,均高于母材 ,未出现明显的软化区。     

激光摆动路径对钢/铝点焊接头组织与性能的影响

钢、铝两种材料因为物理性能和化学成分上存在较大差异,导致钢铝焊接成为难点。为了得到高质量的钢/铝接头,采用7种激光扫描路径对DP780双相钢和5083铝合金两种金属进行搭接点焊试验。研究激光扫描路径对钢/铝接头宏观形貌、金相组织、显微硬度和剪切强度的影响。结果表明:扫描路径的变化对接头的影响较大,相比于常规焊接,摆动焊接的接头具备更好的连接质量,焊缝表面成形效果更好;钢/铝接头主要由马氏体和铁素体组成,使用激光摆动点焊的接头晶界明显,在马氏体和铁素体交界处有少量的片状珠光体,且焊缝各处的晶粒种类无较大差异,因此焊缝各处力学性能相同,减少受力后,出现应力集中的现象;摆动点焊钢/铝接头的力学性能得到提升,钢侧接头的最大显微硬度可达450 HV,是常规的1.06 倍,剪切强度为83 N/mm,是常规焊接的2.12 倍。     

NULCB钢激光焊接接头组织、性能的研究

为了研究新一代超低碳贝氏体(NULCB)钢的焊接性,利用kW CO2激光对NULCB钢进行了焊接,并分析了焊接接头组织、性能的变化规律.试验结果表明,激光焊接接头显微硬度均高于母材,未出现明显的软化区;焊缝区和热影响区粗晶区组织均为贝氏体板条和M-A组元组成的粒状贝氏体;热输入由120J/mm～600J/mm范围内变化时,随着热输入的增大,M-A组元的平均宽度、总量、形状因子增大,M-A组元线密度减少;随热输入的增大,激光焊接焊缝区冲击吸收功先增大然后减小.合适的激光焊接条件下,激光焊接焊缝区具有良好的韧性,其低温冲击吸收功高于母材.     

激光功率对激光-MIG复合焊焊缝成型影响研究

为了研究激光功率对船舶钢激光-熔化极惰性气体复合焊焊缝成型的影响，采用不同激光功率在7mm AH36船舶钢板上进行对接工艺试验，并进行了微观组织观测和力学性能测试，通过理论分析和实验验证，取得了焊缝成型最佳的工艺参量、焊缝接头不同区域微观组织、力学性能等数据。结果表明，在激光功率为6kW、电流为220A、焊接速率为1.2m/min时焊接，焊缝成型最好，焊缝区组织为板条马氏体及少量铁素体，其抗拉强度为545MPa，力学性能符合国家标准和中国船级社材料与焊接规范要求。这对于船舶钢的激光复合焊接具有一定的指导意义。