TA1/X65复合板焊接工艺及焊缝组织和性能研究

采用TIG+MIG+MAG焊接工艺对TA1/X65爆炸冶金复合板(复层Ti厚2 mm,基层X65管线钢厚14 mm)试件进行了以V/Cu作为过渡填充金属的板-板对接焊实验.利用OM,XRD,EDS面扫描,显微硬度测试和拉伸实验,研究了焊缝区组织特征、界面元素分布、主要物相、显微硬度分布及焊缝力学性能.结果表明,圆弧状"U"型坡口设计有利于过渡层Cu的MIG焊接,在Cu-钢界面不会引起应力集中而萌生裂纹.熔敷金属Ti,V,Cu和Fe有明显分区,扩散互融现象不明显,各区域间由固溶体相过渡连接,Ti/V过渡界面组织结构为钛基固溶体,V/Cu过渡界面组织结构为钒基固溶体,Cu/Fe过渡界面组织结构为铜基固溶体.焊缝硬度较高区域出现在Ti/V过渡界面和V/Cu过渡界面处,硬度达326和336 HV10,对过渡界面层塑韧性有一定影响.焊缝抗拉强度可达546 MPa,主要由碳钢层贡献.     

R60702/TA2爆炸焊接复合板微观组织及力学性能研究

通过爆炸焊接的方法实现了R60702板与TA2板的结合。利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、显微硬度计对热处理前后锆-钛结合界面的微观组织、元素扩散、显微硬度进行了分析;并研究了热处理前后复合板的力学性能和断口形貌。结果表明：爆炸焊接后,锆-钛结合界面呈波状,界面附近产生塑性变形和轻微的元素扩散,随着塑性变形的减弱界面两侧显微硬度也逐渐减小。热处理后,界面元素扩散明显,组织发生再结晶,显微硬度、抗拉强度、剪切强度较热处理前降低,而复合板的塑韧性得到提高。热处理后的复合板弯曲性能良好。     

TA1/Q235R爆炸焊接复合板界面组织及力学性能

通过扫描电子显微镜（SEM）和能谱扫描仪（EDS）等分析方法,结合力学性能试验,研究了TA1/Q235R爆炸焊接复合板的界面组织与力学性能。结果表明：TA1/Q235R在爆炸焊接后形成了规律的波状结合界面以及不均匀的漩涡状组织。漩涡组织主要由TiFe、TiFe2等脆性金属间化合物组成,漩涡组织中裂纹、夹杂物、脆性金属间化合物等缺陷导致界面的破坏易沿波形轨迹发生;钛/钢界面拉伸剪切强度达194 MPa,复合板的最大抗拉强度为440 MPa;拉剪断口表现为以脆性断口为主的混合断裂特征,断口特征表明漩涡组织中金属熔化层对钢侧的结合强度高于钛侧。板材拉伸断口为韧性断口。     

轧制复合板及焊接接头组织与力学性能

为了能够更好的指导复合材料焊接工艺的制定,采用自熔等离子弧焊、埋弧焊和钨极气体保护焊3种焊接方法进行组合焊接。焊后通过金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线能谱仪等分析方法,分析了轧制复合板及其接头的微观组织、界面元素分布、显微硬度及拉伸性能。结果表明,基材和覆材（复合材料的耐腐蚀层）界面元素扩散层厚度约10μm,由于增碳层和脱碳层的存在,显微硬度值随之升高和降低,抗拉强度达665 MPa,断口形貌呈韧脆混合断裂特征。焊接后,基材与过渡层焊缝界面扩散层厚度约5μm,基材与覆层焊缝界面扩散层厚度约3μm;第一道覆层焊缝由于受到多道焊缝焊接热的作用,铁素体体积分数含量达65%,平均显微硬度约380 HV0.2;接头抗拉强度与复合板相比降低约11%,断口韧窝大小、深度明显减小,断裂在焊缝处。     

Cu基材料作焊接过渡层TA1/Q345复合板接头的组织与性能

以Cu-Ag-Mo药芯焊丝为焊接中间层过渡材料,对TA1/Q345双金属层状复合板进行熔焊试验。利用SEM、EDS和XRD等分析方法对接头元素分布、相组成及组织构成进行了微观分析,并进行了焊缝区显微硬度测试。结果表明:钛焊缝中,微量的Fe向上扩散形成了少量的金属间化合物Ti Fe,在拉伸应力的作用下产生了裂纹,但在过渡层中的Ag元素具有很好的流动性,填补了裂纹,阻碍了裂纹的扩展;过渡层Mo元素与扩散Ti形成了连续固溶体,降低了过渡区中扩散Ti的含量,控制了Ti、Fe金属间化合物的生成;焊缝区的显微硬度值整体呈下降趋势,但其中钛焊缝与过渡层界面处的硬度值高达475 HV0.1,该区域的主要相为Ti Cu和Ti2Cu,降低了焊接接头塑韧性。     

X65管线钢激光焊接接头组织和力学性能研究

采用JKR5060B多功能数控激光器对X65钢进行焊接,对激光焊接件进行表面探伤测试,进行X65管线钢激光焊接接头的微观组织与力学性能的研究。利用光学显微镜观察焊接接头宏观形貌,用扫描电镜观察试样的基体、焊缝区与热影响区的微观组织,并利用硬度计进行硬度测试。结果表明,接头处宏观形貌呈"漏斗形",激光焊接X65钢成形良好,无明显缺陷。焊缝区上部和下部组织不完全相同,焊接接头因有马氏体及贝氏体的存在,焊缝区硬度高于热影响区与基体,热影响区自上而下呈现宽度递减、硬度递增的趋势。从缺陷和硬度角度来看,激光焊接X65管线钢在技术上是可行的,但仍需着力解决焊接接头激光扫描终点处出现细小裂纹的问题。     

304/Q345R复合板焊接接头微观组织及残余应力

为研究复合板在焊接过程中复杂的热力学行为,利用ABAQUS有限元软件对304/Q345R复合板的焊接过程进行了数值模拟,通过热电偶和盲孔法获得了焊接接头的热循环曲线和残余应力分布规律,验证了有限元模型的正确性. 同时采用光学显微镜和扫描电镜对焊接接头的微观组织、晶粒形貌和元素分布进行了分析,研究焊接接头部位的微观组织演化规律. 结果表明,焊接残余应力最大值为312 MPa,位于焊趾附近,残余应力沿焊缝至母材方向逐渐降低并趋于稳定. 在两种材料的交界面处发现残余应力不连续现象. 焊接接头微观组织主要由奥氏体和铁素体组成,复层熔合线附近的铁素体以板条状和针状形成带状过渡区,而熔合线附近的奥氏体晶粒成柱状形貌且尺寸更为微小.     

钛钢复合板搅拌摩擦焊接接头组织与力学性能

采用搅拌摩擦焊对接工艺焊接厚度为2 mm的TA2-Q235B钛钢复合板。采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察焊接接头显微组织及断口形貌,并采用拉伸试验机和显微硬度计测试焊接接头力学性能及不同区域的显微硬度。结果表明,钛钢复合板焊接接头从上到下分为上部钢焊接区,中部钛钢混合区及下部钛焊接区3个区域,其中钛钢混合区呈交替层叠状结构。当轴肩旋转速度为300 r/min,焊接速度为40 mm/min时,焊接接头的抗拉强度为386 MPa,达到母材强度的80%以上,焊接区域的硬度平均值为243.5 HV,焊接接头断裂源于结合较弱的前进侧热机影响区域。     

X100管线钢焊接接头组织及力学性能分析

采用埋弧焊对X100管线钢板施焊,分析焊接接头组织及力学性能。结果表明:X100管线钢埋弧焊焊接接头焊缝区组织为针状铁素体(AF)、先共析铁素体(PF)、粒状贝氏体和部分镐牙状侧板板条铁素体(FSP);HAZ组织为粒状贝氏体和铁素体;焊接接头平均抗拉强度为796.3 MPa,与母材组织达到了等强匹配;冲击功平均为133 J,剪切面积百分比平均为72%。焊缝冲击断口为脆性断裂,河流状花样明显。Mg O、Al2O3夹杂物呈树枝状析出,引起了多个二次裂纹,降低了韧性。     

5086铝合金CMT焊接接头微观组织及力学性能研究

采用冷金属过渡焊接技术(CMT)对中低速磁悬浮列车用1 mm厚的5086 H32铝合金进行平板对接焊试验,对不同工艺下的接头进行微观组织观察和力学性能测试,并利用透射电镜(TEM)对接头不同微区中位错和沉淀相进行观察。结果表明:在焊接电流52~61 A,焊速60~90 cm/min的工艺下获得质量可靠的焊接接头;CMT焊接接头由焊缝区(WZ)、热影响区(HAZ)和母材组成,WZ由细小等轴晶和柱状晶组成,熔合线附近出现宽度约为100μm的细晶区;与母材相比,HAZ晶粒存在不同程度的减小;WZ显微硬度最低,HAZ次之;母材位错密度大,缠结严重,HAZ位错密度较低,WZ几乎没有位错;与沉淀相相比,位错密度对CMT接头不同微区的显微硬度影响较大。     

TA1中厚板电子束焊接头组织及力学性能

针对30 mm厚TA1中厚板开展电子束焊接试验。通过光学显微镜、维氏硬度仪、拉伸试验机等检测手段,分析焊接过程对TA1微观组织及力学性能的影响。结果表明,采用电子束焊在适当规范下可获得优质接头。接头不同区域组织差异显著:母材为等轴α;焊缝由柱状α、锯齿α和少量针状α组成;热影响区为锯齿α。随熔深增加,焊缝中柱状α与锯齿α晶粒尺寸递减,柱状α晶界逐渐变模糊。拉伸试验中,焊接试样出现颈缩并断于母材。对于取自不同位置的母材及焊接试样,拉伸性能差异不大,但焊接试样强度略高于母材。不同熔深处接头横向硬度分布趋势大致相同:焊缝中心区最高,热影响区其次,母材最低。与母材相比,接头的一系列性能表现与电子束焊接过程中较快的冷速、TA1材料传热特性以及锯齿α与针状α的强化作用有关。     

TA1/X65复合板焊后残余应力的数值模拟分析

利用ANSYS有限元模拟软件对TA1/X65复合板焊接过程中Cu基过渡层焊缝和盖面ERTi-1焊缝的焊接过程中的焊接残余应力进行数值模拟,以保证结构件焊后的安全运行。同时,为了验证模拟结果的准确性与可靠性,采用了盲孔法对焊接接头进行残余应力的测试,实际的测试结果与数值模拟的结果相吻合。     

Sn-3.5Ag-1.0Zn/Cu界面微观组织演变及接头力学性能

研究了Sn-3.5Ag-1.0Zn/Cu界面微观组织结构的演变过程,对接头在不同老化阶段的力学性能进行了测试.结果表明,Zn的添加不影响界面初生相的成分和组成,初始化合物层仍然为扇贝状Cu6Sn5.但在随后的热老化阶段,Cu3Sn受到抑制,取而代之的是Cu5Zn8化合物层.正是由于Cu5Zn8的形成,化合物层在老化阶段的生长变得缓慢.由于Cu5Zn8与Cu6Sn5的力学性能差异较大,Sn-Ag-Zn/Cu接头的剪切强度低于Sn-Ag/Cu接头.随着化合物层的生长,剪切强度逐渐减小,断口区域也从钎料转向化合物层中.     

铁素体/奥氏体异种钢焊接接头的微观组织及其力学性能

采用钨极氩弧焊(TIG)对铁素体钢501B和奥氏体钢316LN进行了焊接,对焊接接头的微观组织和力学性能进行了检测分析。结果表明:铁素体侧热影响区出现了粗大的组织,而奥氏体侧热影响区的晶粒只发生了轻微长大。熔合区形成了晶粒细小的等轴晶,焊核区的中心部分形成了垂直于焊接方向的柱状晶。合金元素在两侧熔合区均发生了一定程度的扩散。焊接接头硬度分布不均,波动较大,且存在硬度陡降的薄弱区。室温拉伸结果显示,试样断裂在316LN母材处,断口为韧性断裂。高温拉伸试样断裂在焊缝区,断裂形式为脆性断裂和韧性断裂相结合的混合断裂。     

搅拌摩擦焊接Al-Li合金接头的微观组织及力学性能

采用锥形带螺纹搅拌头搅拌摩擦焊接5mm厚的Al—Li合金轧制板材，并对接头组织、力学性能及断裂特性进行了研究．结果表明，焊核区组织发生动态再结晶，形成细小的等轴晶晶粒，在等轴晶的晶界处析出大量的偏析相．热影响区组织发生回复和粗化反应，形成粗大的棒状回复晶粒；热机影响区组织发生弯曲变形，但整体上仍保留带状组织形貌，前进侧热机影响区组织变形程度高于后退侧，该区同时还发生回复反应，且后退侧热机影响区内的回复晶粒数量多于前进侧．拉伸实验结果表明，焊接速度v=40mm／min时，接头强度达到最大值，为345MPa；v=60mm／min时，接头延伸率达到最大值，为9．6％．硬度测试结果表明，搅拌摩擦焊接头发生软化，前进侧的软化区宽度大于后退侧．断口形貌分析表明，接头断裂模式为韧-脆混合型断裂．     

TC4/TA17异种钛合金激光焊接接头显微组织和力学性能

研究TC4/TA17异种钛合金激光焊接接头的显微组织和力学性能。结果表明,TC4/TA17异种钛合金激光焊接头焊缝的显微组织为片状α′马氏体,TC4侧靠近母材的热影响区和TA17侧靠近母材的热影响区只发生α相向β相转变,TC4侧靠近焊缝的显微组织为残余α相+针状α′马氏体,TA17侧靠近焊缝的显微组织为残余α相+片状α′马氏体。TC4/TA17异种钛合金激光焊接头的显微硬度呈不对称分布,焊缝的显微硬度最高,TA17母材显微硬度最低。TC4/TA17异种钛合金激光焊接接头断裂在TA17母材,断口呈现韧性断裂形貌。     

爆炸焊接TA2/316L复合板界面的微观分析

采用扫描电镜、能谱仪和显微硬度计，对爆炸焊接316L／TA2复合板结合界面的显微组织，成分和显微硬度进行了研究。结果表明，界面呈波状；316L与TA2结合界面之间有一层约为5μm的熔化层：波尾处存在漩涡状熔化块，熔化块内有微裂纹和气孔；界面附近的基体组织产生了剧烈的塑性变形；钛一侧存在绝热剪切带；界面附近的原子存在扩散现象；界面区的显微硬度有显著的提高。     

自保护药芯焊丝焊接X70管线钢接头力学性能和微观组织特点

对X70大管径管线钢焊接用自保护药芯焊丝进行研究.并进行焊接工艺和力学性能的评定,以确定其现场的焊接性,所有结果符合美国石油行业标准API1104《管道及有关设施的焊接》和一些附加的国内标准.结果表明,自制的自保护药芯焊丝有较好的全位置焊接性、良好的脱渣性和电弧稳定性,较低的飞溅率和发尘量.接头的抗拉强度为730～760MPa,-20℃冲击吸收功为125J.表明自制的自保护药芯焊丝能够在焊接X70管线钢时获得合格的接头.X70接头焊缝中微观组织有针状铁素体、块状铁素体、先共析铁素体和粒状贝氏体,在热影响区粗晶区没有发现魏氏组织.焊缝柱状晶区和HAZ粗晶区的主要组织是粒状贝氏体.在焊接接头中获得贝氏体组织,使这种自制自保护药芯焊丝能够符合规定的力学性能的要求.     

TA15钛合金电子束焊焊接接头力学性能

钛合金材料以及相关制造技术是实现飞机先进性的重要基础之一,电子束焊接是钛合金板材一种先进的焊接形式.对TA15钛合金板材电子束焊接试样进行了金相分析和静力试验、疲劳试验和扫描电镜(SEM)分析.结果表明,TA15板材电子束焊焊接接头的焊缝、热影响区和母材的微观组织差别明显;焊缝韧性降低,抗拉强度高于母材;热影响区尺寸较小,在1～2 mm左右,是焊接接头的薄弱部位;疲劳裂纹大多萌生于焊接热影响区区域,疲劳破坏试样断口的SEM分析表明,疲劳裂纹大多起源于焊接热影响区的气孔处.     

焊接能量对Mg/Ti超声波焊接接头微观组织与力学性能的影响

采用超声波焊接技术对Mg/Ti异种金属进行了焊接,研究了不同焊接能量对接头界面峰值温度、界面形貌、界面原子扩散程度以及力学性能的影响规律。研究发现:Mg/Ti超声波焊接接头整体界面较平直,局部界面有较小起伏,未发现裂纹、未熔合等缺陷,也未看到明显的反应层;随着焊接能量的增大,界面峰值温度升高,原子扩散层厚度增大,连接区面积逐渐增大,接头力学性能得到提高,而能量达到2000J时镁侧母材出现裂纹;接头断裂模式分为界面断裂和纽扣断裂,界面断裂时断裂发生在镁侧扩散层区域和镁侧非扩散层区域。扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析表明,Mg/Ti连接界面区域无明显的金属间化合物生成。