车用双相钢激光焊接接头组织性能研究

为提高汽车车身用双相(DP)钢焊接构件在动态载荷下应用的可靠性,利用脉冲Nd:YAG激光器,对DP600进行激光对接焊,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计、材料拉伸试验机等分析测试手段,研究了焊接接头的显微组织和高应变速率下的拉伸性能。结果表明,在合适的脉冲激光焊接参数下,DP600钢板可获得成形均匀的激光深熔焊缝。焊接接头的焊缝区(WZ)主要为马氏体组织,硬度高于母材;热影响区(HAZ)较窄但存在马氏体回火软化现象。焊接接头力学性能对应变速率较为敏感,随应变速率的增加,屈服强度和抗拉强度增加,而塑性均小于母材。不同应变速率下DP600对接焊拉伸断口均为韧窝形貌,呈典型的韧性断裂特征。     

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。     

铝合金的大功率扩散型CO_2激光粉末焊接技术Ⅱ——铝合金焊接接头的组织与性能

本试验研究就采用扩散型CO2 激光粉末焊接技术的铝合金焊接接头进行组织及性能的分析。拉伸实验的结果表明 :对于无间隙的对接焊接头 ,采用不填粉的激光焊接工艺时的抗拉强度明显低于采用填充粉末焊接工艺 ,而且断裂也是发生在焊缝部位。但是拉伸实验的过程中可以看到明显的屈服发生在母材 ,而不是焊缝。采用填粉的激光焊接工艺时则是在母材产生屈服和最终的断裂 ;对于有间隙的对接焊接头 ,采用填粉工艺时 ,其抗拉强度不低于母材的最大间隙达 0 5mm。另外 ,采用填粉工艺的对接焊接头 ,其冷弯角可达 180°、硬度和母材相当 ;其焊缝的金相组织 ,基底为Al+Si共晶与α-Al的均匀混合物 ,其上分布有结晶时先析出的纯Si;当焊接速度偏低时 ,会发生紧邻熔合线的焊缝部位的断裂。启裂区为准解理形貌 ,扩展区面积较大并且是以准解理为主的混合断口形貌 ,终断区为韧性断口形貌     

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。     

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。     

高氮钢复合焊接接头微观组织及力学性能

为了研究和掌握高氮钢复合焊接接头的微观组织和力学性能,以8mm厚的高氮钢板为试验材料,采用额定功率为4kW的Nd:YAG固体激光器对其进行了激光-电弧复合焊接,利用金相显微镜和扫描电子显微镜对焊接接头的微观组织和断口形貌进行拍照和分析,并利用能谱分析仪和X射线衍射仪,从微区成分元素的种类、含量及物相组成方面进一步分析母材、热影响区、焊缝区的微观组织。结果表明,焊缝区的组织为典型的树枝晶和少量的等轴晶形貌,母材、热影响区都是奥氏体组织,焊缝区除了奥氏体组织外还伴有少量的δ铁素体组织;焊缝中的第二相粒子主要是通过冶金反应产生,以TiO₂、尖晶石（MnAl₂O₄）以及硅酸盐等形式存在,对晶粒有明显的细化作用,可增加焊缝强度;拉伸断裂出现在焊缝区,断口组织形貌为典型的韧窝断裂,并在断裂处可发现有空洞和第二相粒子的形貌特征,说明焊缝缺陷可能导致力学性能薄弱。此研究为激光-电弧复合焊接在高氮钢焊接领域的应用奠定了一定基础。     

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。     

30Cr2Ni4MoV窄间隙埋弧焊焊接接头组织与冲击性能研究

对某汽轮机转子用30Cr2Ni4MoV钢进行窄间隙埋弧焊（SAW）,使用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）对焊接接头的组织进行了观察与分析,结果表明：母材为回火索氏体,热影响区（HAZ）可分为近母材区的细晶区和近缝区的粗晶区,经过焊后热处理,热影响区最终为贝氏体和马氏体构成的混合组织。焊缝大部区域为粗大的柱状晶,焊缝中心为细小的粒状贝氏体。拟合焊缝冲击试验数据得到其韧脆转变温度为-51℃,-60℃时的冲击功远大于20J,表明焊接接头具有良好的韧性。     

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。     

Sn-3.0Ag-0.5Cu/Ni/Cu微焊点剪切强度与断口的研究

用直径为200~500μm的Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅焊球分别在Ni和Cu焊盘上制作焊点,并对焊后和时效200h后的焊点进行剪切测试,并采用SEM观察剪切断口形貌。结果表明,焊后和时效200 h后焊点接头的剪切强度都随焊球尺寸增大而减小。焊后断口处韧窝形状为抛物线型,断裂方式为韧性断裂;随着焊球尺寸的增大,剪切断口处的韧窝数量增多,韧窝的变小变浅。时效200 h后,韧窝变浅,趋于平坦,韧窝数量也明显减少,材料的韧性下降,脆性增加,断裂方式由韧性向脆性发生转变。     

超低碳贝氏体钢CO2激光-气体金属弧焊复合焊接成形特性

针对12mm厚超低碳贝氏体(ULCB)钢,采用中小功率CO2激光与气体金属电弧(GMA)复合进行了多层焊接试验.试验结果表明,采用3层焊接,且每层热输入均匀变化时即可获得良好的焊缝成形.焊接过程中,打底焊时激光焦点要严格控制在焊缝坡口钝边金属之内,填充层对激光焦点位置的要求并不严格;为了充分发挥激光的作用,应采用较高的送丝速度.此外,焊缝的拉伸力学性能测试结果表明,超低碳贝氏体钢激光-GMA电弧复合焊接接头的抗拉强度可达到母材的95%以上,甚至部分焊缝超过母材,其平均抗拉强度达到829.5 MPa.当试样断于焊缝时,焊接缺陷是造成焊缝强度下降的主要原因.     

AZ31B镁合金/不锈钢异种合金双光束激光熔钎焊接特性

以镁基焊丝为填充材料,采用双光束激光熔钎焊的方法对AZ31B镁合金/不锈钢的焊接特性进行了研究。分析了不同工艺参数对焊缝成形、接头力学性能和断裂行为的影响。结果表明,采用双光束进行填丝熔钎焊能够获得较满意的外观成形,无明显缺陷,焊接工艺范围较宽。接头拉伸均断裂于熔化焊的镁侧焊缝及热影响区(HAZ),最大剪切强度为193 MPa,达到镁合金母材强度的71%。组织分析发现焊缝和HAZ的晶粒粗大,成为接头的薄弱部位,是接头失效的主要原因。钎焊侧界面发生了冶金反应,界面处生成1~2 μm的反应层。     

6005A激光-MIG复合焊接头组织及力学性能研究

为了研究高强度铝合金的焊接性能,了解激光与金属惰性气体(MIG)之间的相互作用机理,进一步优化焊接工艺参量, 采用光纤激光器与MIG复合焊焊机对3mm厚6005A铝合金进行了复合焊接试验研究。结合焊缝形貌、接头的力学性能等,分析了工艺参量对焊缝质量的影响规律。结果表明, 采用激光-MIG复合焊接6005A,在合适的工艺参量下,可以实现表面成形良好的接头;焊缝中的物相主要由-Al固溶体和弥散分布在基体中的第二相Mg2Si组成;焊缝区的显微硬度明显低于热影响区和母材的显微硬度,接头的断裂处发生在焊缝区,这是由于焊接热循环导致焊缝区组织粗化与气孔缺陷所致,接头的断裂形式为韧性断裂,断裂处呈现大量的韧窝,接头的抗拉强度为251.52MPa,可以达到母材的89.19%。焊接质量符合工程需要。     

高强铝合金的激光焊接头组织及力学性能

采用CO2激光器对高强铝合金2519-T87进行焊接,研究了其激光焊接头组织和力学性能特征,并与熔化极气体保护焊(MIG)焊接头的组织和力学性能进行了对比。实验结果表明,激光焊焊缝组织细小,晶界共晶相呈短棒状均匀分布,时效后焊缝中有大量细小θ′相均匀析出,且熔合线附近没有形成等轴晶区,而熔化极气体保护焊焊缝组织晶粒粗大,晶界共晶相呈长条网络状分布,时效后焊缝中的θ′相尺寸大,数量少,且分布不均匀,熔合线附近还存在一个较宽的等轴晶区。焊后时效激光焊接头抗拉强度可达到母材的74%,并且随着焊接速度的增加,接头抗拉强度随之增加,而熔化极气体保护焊焊接头抗拉强度仅仅只有母材的61%,且激光焊接头的热影响区(HAZ)中没有明显的软化区。     

不等厚铝/钢激光焊接接头组织与性能研究

为了改善铝/钢连接性能,采用激光技术通过调整工艺参数获得了拉伸强度达到铝母材40%的不等厚铝/钢对焊接头,并对接头焊缝组织、界面化合物、力学性能展开了分析。结果表明,焊接速率为1.8 m/min、激光向钢侧偏置0.3 mm、离焦量为0 mm、激光功率为3.0 kW时,接头抗拉强度达到38 MPa;保持其它焊接参数不变,离焦量为-2 mm时,接头抗拉强度进一步提升至57.7 MPa,焊缝截面形状由酒杯状变为束腰状,熔合线更加整齐,附近裂纹、气孔缺陷明显减少;焊缝界面区域物相衍射与能谱分析表明,沿熔合线垂直方向生长的化合物为脆韧程度不尽相同的FeAl、FeAl₃、Fe₂Al₅和Fe₂CrAl、Fe₃Al;接头整体拉伸断裂模式为脆性断裂,断口表面部分位置连接强度较好,呈凹陷状,检测发现Fe₃Al。此研究结果在提升车身铝/钢连接处性能、车身减重以及节能减排方面具有重要现实意义。     

激光焊接工艺对K418与0Cr18Ni9焊接接头性能的影响

为了研究激光焊接工艺对K418与0Cr18Ni9异种金属焊接接头性能的影响,采用金相显微镜对焊缝的金相组织和形貌进行了分析,评价了焊缝及周边的硬度和强度。结果表明,在激光焊接K418高温合金与0Cr18Ni9时由于母材热物性参量存在较大的差异,为保证焊缝质量,激光光斑应偏向0Cr18Ni9合金一侧;为了防止热裂纹和液化裂纹的产生,应该尽量延长熔池凝固时间同时减少热影响的热输入;当保护气体流量为12L/min时,对焊缝的保护效果最好,与Ar₂相比N₂能有效减少焊缝中气孔的含量,但也会降低焊缝性能;焊缝的硬度值位于两母材硬度之间,焊接接头的强度约为母材的89%。采用合适的激光焊接工艺可以实现K418合金与0Cr18Ni9较好的焊接效果。     

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。     

超声波对铝合金激光-电弧复合焊接影响的研究

为了解决传统铝合金焊接接头气孔数量多、晶粒粗大及力学性能差的问题，以5083-O铝合金为研究对象，进行了超声振动辅助激光-电弧复合焊接试验。研究了超声振动对铝合金焊缝气孔数量、微观组织及抗拉强度的影响，并探讨了超声波在焊接熔池中对气孔排出和组织细化的作用机理。结果表明，超声辅助焊接的焊缝气孔数量显著降低，主要归功于超声空化效应降低了铝合金熔体中的氢浓度，并促进气泡的快速逸出；超声波的空化效应和声流效应改变了熔体的压力、温度以及流动状态，使熔池的结晶条件发生改变，从而通过提高形核率和破碎枝晶细化了焊缝晶粒组织；施加超声振动后的焊缝平均拉伸强度由242.9MPa提高到270MPa，且断裂位置发生在热影响区，主要是因为焊缝区气孔减少和组织细化。此研究对深入理解铝合金焊接过程中缺陷形成机理及提高接头强度是有帮助的。