镁锂合金搅拌摩擦焊及电子束焊研究

对一种新型α+β双相镁锂合金的搅拌摩擦焊及电子束焊进行了实验研究,为该合金在精密制造领域的应用提供参考。利用金相显微镜、扫描电镜和显微硬度测试探明接头显微组织和力学性能的演变规律和特点。结果表明,在合理的工艺参数下,镁锂合金搅拌摩擦焊接头焊核区α+β双相都得到了明显的细化,演变为等轴晶,且α相体积分数相对减少。在焊接速度为15 mm/s,聚焦电流为500 ~ 540 mA,焊接电流为8~10 mA时,5 mm厚镁锂合金电子束焊焊缝完全焊透,焊缝区域由细小的等轴晶组织组成,α相分布更加弥散,呈网状分布在β晶界上。两种工艺下焊缝区显微硬度(HV)较母材均提升了13左右。综上,采用搅拌摩擦焊及电子束焊均可实现外观成型、组织以及性能优良的镁锂合金连接。     

6061铝合金激光填丝焊接接头的组织与力学性能

通过显微硬度计、拉伸试验机、扫描电镜和X射线衍射仪等研究了激光填丝焊接6mm厚6061铝合金接头的显微组织和力学性能。结果表明:焊缝中心区域的显微组织为等轴晶,由α-Al固溶体组成,无β(Mg_2Si)强化相析出,近熔合区的焊缝组织为柱状晶;焊接接头焊缝的硬度最低,约为73HV,母材的硬度最高,约为110HV,随着距焊缝中心距离的增大,热影响区的硬度先呈波浪式增大,在距焊缝中心2.2~3.8 mm处有所下降,此外为热影响区软化区,在距焊缝中心3.8~4.4mm处又快速增大;焊接接头的抗拉强度为234 MPa,约为母材的71%,高于熔化极惰性气体保护焊接接头的;焊接接头均在焊缝处断裂,接头与母材均为韧性断裂。     

钛基复合材料TIG焊接接头的显微组织和拉伸性能

采用非熔化极惰性气体钨极保护(TIG)焊技术对非连续增强钛基复合材料进行焊接,研究了焊接接头的显微组织与拉伸性能。结果表明:TIG焊接可较好地实现钛基复合材料的连接,焊缝成形良好,表面均匀洁净,未见微裂纹、气孔等焊接缺陷;接头由焊缝区、热影响区和母材区组成;接头中焊缝区和靠近焊缝的热影响区中β相晶界上分布的增强体TiB具有较高的长径比,细化程度较高,同时焊缝区和靠近焊缝的热影响区中存在大量针状马氏体α′相;接头的抗拉强度为1 137MPa,为母材的92%,断后伸长率为2.20%;接头拉伸时均在母材区断裂,拉伸断口主要呈韧性断裂特征,部分区域呈沿晶断裂特征。     

核反应堆蒸汽发生器压力边界焊接接头的显微组织及硬度

根据核反应堆蒸汽发生器压力边界水室分隔板与定位板之间的结构特点,采用不对称X形坡口形式对Inconel600合金进行对接焊,研究了焊接接头的显微组织与硬度。结果表明:与母材相比,焊接接头热影响区的晶粒变大,熔合区组织过渡良好;焊缝边缘为垂直于熔合线向焊缝中心生长的柱状晶,焊缝中心为柱状晶和等轴晶的混合组织;在正面焊缝和反面焊缝之间的重熔区形成了较多的等轴晶;焊缝区物相组成与母材的相似,均由基体γ相、γ′间隙相及碳化物组成;焊缝重熔区的硬度最高,热影响区的硬度最低。     

数控机床用ZA35锌铝合金的搅拌摩擦点焊工艺研究

采用搅拌摩擦点焊工艺进行了数控机床用ZA35锌铝合金的焊接,并进行了焊接接头的显微组织、物相组成、力学性能和耐腐蚀性能的测试与分析。结果表明采用搅拌摩擦点焊技术,可以实现较佳力学性能和耐腐蚀性能的数控机床用ZA35锌铝合金焊接;该点焊接头由η-Zn相、α-Al相和少量的Mg12Al47Cu7相组成。接头的抗拉强度达到321.4MPa、延伸率达到1.21%、抗剪力达到7.78MPa,分别为合金母材的93.84%、85.21%和87.02%;腐蚀电位较母材仅负移14mV。     

不同焊接热输入下AZ31镁合金TIG焊接接头的显微组织与力学性能

采用交流钨极氩弧焊在不同焊接热输入下对2mm厚的热轧态AZ31镁合金薄板进行对接焊试验,采用显微镜、硬度仪及拉伸试验机等对焊接接头的显微组织与力学性能进行了研究。结果表明:焊接接头母材区的组织为单相α-Mg固溶体,热影响区和焊缝区的组织为α-Mg单相固溶体和弥散分布的β-Mg_(17)Al_(12)相;随着焊接热输入增大,焊缝区的晶粒变大,β-Mg_(17)Al_(12)相增多;焊缝区的显微硬度最高,母材区的次之,热影响区的最低;随着焊接热输入增大,焊接接头的抗拉强度先增大后减小,并在90A时达到最大,为223 MPa,可达到母材的89.2%,此时的伸长率为10.0%;拉伸断裂位置主要出现在热影响区,断裂方式为准解理断裂。     

2195-T8铝锂合金激光焊接接头的组织与性能

采用高功率CO_2激光焊机焊接3.7mm厚的2195-T8铝锂合金,研究了不同焊接工艺参数对焊缝成形质量的影响,并对优化焊接工艺条件下焊态和固溶时效态焊接接头的显微组织及力学性能进行了比较。结果表明:焊态接头焊缝区的硬度为81.81HV,比母材的下降了32.3%,接头的抗拉强度为296 MPa,比母材的下降了49%;经固溶时效处理后,焊缝的组织更加均匀,晶界及晶内析出了许多弥散且均匀分布的T_1(Al_2CuLi)强化相,焊缝硬度和接头的抗拉强度比热处理前的分别提高了25.6%和13.7%。     

大厚度TA15钛合金板潜弧焊接头的组织及拉伸性能

在添加TA1纯钛中间层填充板的条件下,对64mm厚TA15钛合金板进行潜弧焊接,分析了焊接接头的显微组织、拉伸性能以及焊缝中氢、氧、氮的含量,并与不添加中间层的普通潜弧焊接头的拉伸性能进行了对比。结果表明:添加中间层后焊接接头的焊缝区组织为较大尺寸的柱状晶,晶内分布着不同方向的针状α′相,母材区组织为初生α相和少量β相,热影响区组织中既存在α相,也存在α′相;添加中间层后焊接接头的抗拉强度比普通潜弧焊接头的有所降低,但其塑性显著提高,焊缝中氢、氧、氮的含量比母材中的有所降低。     

2024铝合金电子束焊接接头的显微组织与力学性能

采用电子束焊(EBW)对2024铝合金进行焊接,研究了接头的显微组织和力学性能。结果表明:接头焊缝显微组织呈细小的等轴晶,主要由α-Al基体相及其上分布着的θ(CuAl_2)和S(Al_2CuMg)强化相组成,热影响区为粗大的枝晶;接头的抗拉强度达到母材的80%左右,热影响区是强度最薄弱的部位;焊缝的硬度低于母材和热影响区的,且热影响区存在一定的软化现象;其拉伸断口呈典型的韧窝状断口,韧窝尺寸较小且均匀。     

焊接次数对TC18钛合金中厚板电子束焊接接头组织及性能的影响

采用电子束焊接工艺对21 mm厚TC18钛合金板进行了1次与2次(在1次焊接焊缝处以相同工艺再次焊接)焊接试验,研究了焊接次数对接头组织、拉伸性能和硬度的影响。结果表明：2种焊接接头均成形良好,无明显缺陷;相对于1次焊接,2次焊接接头热影响区中的α′相增多,晶粒尺寸增大;焊接接头的抗拉强度高于母材,且2次焊接接头强度更高,但断后伸长率下降,断裂方式均为韧性断裂;1次焊接与2次焊接接头焊缝区的平均显微硬度分别为380,395 HV,均高于母材区,热影响区的平均显微硬度分别为360,350 HV,增加焊接次数提高了焊缝区硬度,降低了热影响区硬度。     

Effects of weld cross-section profiles and microstructure on properties of pulsed Nd:YAG laser welding of Ti6Al4V sheet

In this study, the influence of weld cross-sectional profiles and microstructure, under different welding conditions, was investigated on the mechanical properties of pulsed Nd:YAG laser-welded joint of Ti6A14V alloy. The V- and H-shaped weld cross-section profiles were obtained under low and high heat input, respectively. The microstructure in the fusion zone (FZ) of V- and H-shaped welded joint consisted of a fine acicular martensitic α′ solidification structure within the prior-β grains, responsible for the maximum hardness in the FZ. Tensile tests revealed that the V-shaped welded joint fractured at the near heat-affected zone (HAZ)/base metal (BM) interface, but the H-shaped welded joint fractured in the BM. Furthermore, the tensile strength of the V-shaped welded joint was lower than that of the H-shaped welded joint. This was attributed to the fact that the heterogeneity of strain distribution at the interface of HAZ and BM of the V-shaped welded joint was greater than that of the H-shaped welded joint during tensile process.     

激光焊接对镀锌平板力学性能及拉伸断口影响研究

采用光纤激光对海工装备中的镀锌平板进行焊接,对镀锌平板焊接接头母材区、热影响区、焊缝区的微观硬度进行测量,研究了焊接试样的拉伸性能和断口形貌。结果表明,激光焊接接头的强度和硬度均高于母材。焊缝区接头组织获得了低碳马氏体,因而接头硬度不及热影响区高。     

激光焊接对镀锌平板力学性能及拉伸断口影响研究

采用光纤激光对海工装备中的镀锌平板进行焊接,对镀锌平板焊接接头母材区、热影响区、焊缝区的微观硬度进行测量,研究了焊接试样的拉伸性能和断口形貌。结果表明,激光焊接接头的强度和硬度均高于母材。焊缝区接头组织获得了低碳马氏体,因而接头硬度不及热影响区高。     

Modelling the effect of HAZ undermatching on the crack-tip stress distribution in idealized welds

In order to study the influence of the heat-affected zone softening on the fracture behaviour of welds with cracks in the weld metal centre line, a large variety of weld geometries and undermatch conditions of the heat affected zone mechanical properties, relative to the weld metal and base material, were addressed in this study. With this aim, the opening stress distribution in notched welded specimens was analysed using the numerical simulation of the three-point bending test. The numerical results show a reduction in the stress levels ahead of the crack tip for welded specimens with severe heat-affected zone undermatch. The stress distribution is strongly influenced by the crack position relative to the weld material/heat-affected zone interface, independently of heat-affected zone width.     

Al-Cu合金片对钢/铝异种金属激光-MIG复合焊接头组织和性能的影响

采用PLC系统控制的激光-MIG复合焊接工艺对Q890钢/6063铝合金进行异种金属焊接,研究了钢侧坡口表面添加Al-Cu合金片对接头显微组织、硬度和拉伸性能的影响。结果表明:激光-MIG复合焊接接头具有典型的熔钎焊特征;未添加Al-Cu合金片的接头界面层由舌状相Fe2Al5和粗大针状相Fe4Al13组成,厚度约18μm,添加Al-Cu合金片后由舌状相(Fe,Cu)2Al5和细小絮状相(Fe,Cu)4Al13组成,厚度约为9μm,焊缝区与热影响区的组织与未添加Al-Cu合金片时的相似;添加Al-Cu合金片的接头界面层硬度比未添加Al-Cu合金片的低约59HV;添加Al-Cu合金片的焊接接头的抗拉强度比未添加Al-Cu合金片的提高了109.8%,未添加和添加Al-Cu合金片的焊接接头均在界面层断裂。     

12Cr2Mo1R钢焊条电弧焊焊接接头的性能

采用焊条电弧焊工艺用奥氏体A302焊条对12Cr2Mo1R钢进行焊接,焊后对焊接接头进行425℃保温370h的热处理;对焊接接头进行了显微组织观察、能谱分析、物相测定和高温拉伸、冲击试验。结果表明:焊缝区组织为奥氏体、δ铁素体和少量碳化物;焊接接头高温拉伸屈服强度比母材的大,焊缝区的冲击功比母材的低;在焊缝区产生了少量脆性碳化物(M23C6型)和铁-铬新相,造成焊缝区的脆性比母材的增大。     

Study on microstructure and mechanical properties of dissimilar steel joint developed using friction stir welding

In the present study, microstructure and mechanical properties of dissimilar weld of structural steel and ferritic stainless steel (FSS) plates of thickness 3 mm were investigated. The plates were butt welded by friction stir welding and defect-free welds were produced at a traverse speed of 20 mm/min and rotational speed of 508 rpm using a tungsten carbide tool. The weld joint consisted of alternate bands of both steels resembling an onion ring pattern. In the weld joint, six distinct regions were found including both the base metals. The stir zone of structural steel revealed refined grain structure of ferrite, pearlite, and martensite whereas in ferritic stainless side, highly refined ferritic grains with grain boundary martensite was observed and also confirmed by x-ray diffraction (XRD). The hardness of the weld joint varies from 186 to 572 HV. This scatter of hardness in stir zone is due to the presence of metal from both sides. The ultimate tensile and yield strengths of the transverse weld specimens was higher than the structural steel base metal whereas lower than the ferritic stainless steel, having fracture from structural steel side.     

高氮钢复合焊接接头组织与力学性能研究

热输入对焊接接头组织与力学性能有重要影响。采用激光-电弧复合焊接方法,研究了不同电弧能量和激光能量下的接头组织、焊缝氮含量、拉伸与冲击性能及接头显微硬度。研究表明：焊缝组织为奥氏体+少量δ铁素体,焊缝中析出的δ铁素体随热输入加大而增多;当电流达到200A后,熔池液态金属中氮的溶解近于饱和,即使焊接电流增大,焊缝氮含量依然趋于恒定;而当激光功率增至2.0kW后,焊接过程中的匙孔维持在稳定状态,焊缝氮含量也近于恒定;拉伸断裂位置均在焊缝区,当焊接电流为200A时,平均拉伸强度最高,达到967.58MPa,当激光功率为1.6kW时,平均拉伸强度可达962.88MPa;焊缝冲击功随激光功率的增大呈先降低后升高的变化趋势,但随电流的增大其变化趋势相反;熔合线的冲击功随着焊接参数的变化呈现出相同的变化趋势,焊缝和熔合线的最大平均冲击功分别为47.60J和62.85J;拉伸和冲击的断裂形式均为韧性断裂;焊缝区显微硬度最低,导致拉伸测试时均断裂于焊缝区。     

2219铝合金双轴肩搅拌摩擦焊工艺及接头组织性能研究

通过对8mm厚2219铝合金进行双轴肩搅拌摩擦焊试验,研究了不同焊接速度对接头成形、组织演变及其对力学性能的影响规律。工艺试验结果表明:在固定转速(200r/min)下,不同焊接速度下的接头均成形良好,未出现微裂纹、隧道以及疏松等焊缝表面缺陷。随着焊接速度的增加,接头区域晶粒尺寸减小;接头显微硬度受到晶粒尺寸与沉淀相分布的制约,硬度分布曲线呈“W”形,热影响区硬度最低。并且随着焊接速度的增加,接头最低硬度和抗拉强度逐渐提高,断裂位置发生在热影响区与热影响区交界处。在焊接速度为350mm/min时,接头抗拉强度达到最大值335MPa,约为母材的72.8%。     

焊后热处理对ASTM 4130钢焊接接头组织与性能的影响

通过金相观察、硬度和冲击试验,研究了不同保温时间的焊后热处理（PWHT）对ASTM 4130钢焊接接头显微组织、硬度、低温韧性的影响。结果表明,PWHT后,焊缝组织为铁素体、少量珠光体和碳化物,HAZ组织主要为回火索氏体、铁素体和贝氏体;造成熔合线附近硬度较高、韧性较低的原因是组织的粗化和上贝氏体的形成;随PWHT保温时间的延长,接头硬度降低,韧性改善。这主要是由于保温时间延长,使碳化物逐渐析出,其弥散强化效应和回火索氏体中合金元素固溶强化效应降低,同时,碳化物弥散度的降低也使得接头应力集中程度降低。