复合热源铝钢耗材摩擦焊接头组织性能研究

采用耗材摩擦焊实现了2A12铝合金耗材对Q235低碳钢基板的堆焊。结果表明,基板预热可以改善接头界面质量,得到表面成形良好、内部无缺陷的焊接接头。在热-机作用下堆焊层金属发生了动态再结晶,晶粒得到细化,结合面钢侧晶粒随耗材发生了扭转;Fe元素与Al元素发生了扩散,且在预热状态下其扩散范围大于未预热状态。堆焊层硬度低于耗材硬度,且堆焊层预热条件下硬度小于未预热状态,耗材处硬度分布为母材大于摩擦碾压区大于热影响区。     

轴向压力对X65合金钢摩擦堆焊层组织和磨损性能的影响

为拓宽摩擦堆焊的工程化应用,以X65钢作为耗材和基板材料进行了摩擦堆焊工艺试验研究,在选定最优焊速的基础上,主要讨论了轴向压力与堆焊层组织、显微硬度及磨损性能的影响。试验表明:在转速4 000 r/min、堆焊速度200 mm/min、轴向压力在59.7~104.4 MPa范围下可获得冶金连接与成型良好的摩擦堆焊层。随轴向压力增加,堆焊层宽度增加、但厚度减小;过高轴向压力不能增加摩擦堆焊层的有效体积。摩擦堆焊接头主要由堆焊层、热影响区(HAZ)和母材区域组成,与传统摩擦焊缝细小晶粒组织特征不同,摩擦堆焊层主要为粗大板条和粒状贝氏体混合组织特征。HAZ主要由过热区和相变重结晶区组成,过热区主要为贝氏体组织特征,而重结晶区为细小铁素体晶粒组织特征。轴向压力变化对堆焊层组织粗化倾向和HAZ尺寸有较大影响,但对HAZ的组织形态影响不大。不同轴向压力下的堆焊层平均硬度及抗磨损性能均高于母材,与母材比较堆焊层磨损体积最大可降低33.3%。     

铝/钢多层多道耗材摩擦焊接头组织性能研究

采用耗材摩擦焊实现2A12铝合金在Q235低碳钢上的多层多道焊接。结果表明:耗材摩擦焊可以获得表面成形良好、无内部缺陷的多层多道焊接接头。在焊接热循环作用下,堆焊层组织中第二相颗粒发生了聚集长大且先堆焊层第二相颗粒聚集长大现象更明显;接头后堆焊层硬度高于先堆焊层硬度;接头剪切强度可达130.3 MPa,为2A12铝合金剪切强度的63%,接头断裂于堆焊层铝合金侧,断裂方式为韧性断裂。     

D256耐磨堆焊接头组织与性能

采用D256耐磨焊条在Q235A钢基体上进行堆焊,研究不同焊接电流下D256堆焊接头组织和性能的变化。试验结果表明:采用D256耐磨焊条堆焊时,焊缝组织为奥氏体和渗碳体,电流较小时,焊缝组织是过饱和奥氏体,随着电流的增大,奥氏体晶粒增大,合金元素溶入,焊缝的硬度与耐磨性均降低。电流增大到140 A时,焊缝中的奥氏体晶粒最大,合金充分溶入奥氏体中,使得焊缝的硬度和耐磨性最低。电流较小时,焊接接头过热区的组织主要是晶粒较粗大铁素体、珠光体和魏氏组织的混合物,电流增大,晶粒增大,在电流140 A时过热区为粗大且明显的魏氏组织。正火区为比母材细小的铁素体和珠光体,堆焊层未出现裂纹,熔合良好,堆焊接头焊缝与HAZ硬度均高于母材,在100 A电流下得到组织和耐磨性能优良的堆焊层。     

预热温度对5CrNiMo钢表面堆焊Stellite6涂层组织和性能的影响

通过在5CrNiMo模具基材上用等离子弧堆焊Stellite6涂层,研究了预热温度对Stellite6涂层组织和硬度的影响。结果表明,堆焊层组织主要由树枝状晶体的Co固溶体和枝晶间的Co-Cr与碳化物形成的共晶组织组成,预热温度的提高延缓了堆焊层冷却过程,导致堆焊层中部的晶粒大小随预热温度的升高而增大。预热温度的提高改变了碳化物的形貌,预热温度为300℃时,碳化物分布最为均匀,柱状晶晶粒最小,是较为理想的组织。随预热温度的升高,热影响区针状马氏体减少且变细。热影响区马氏体的形成是其硬度偏高的原因,当预热温度为300℃时,热影响区的硬度最为均匀。     

焊接参数对AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头组织和力学性能的影响

研究了板厚为6mm的AZ31镁合金搅拌摩擦焊工艺,并对接头的断裂机制进行了考查。在转速为1000r/min,焊接速度为60～300mm/min条件下获得表面平整,无缺陷的焊缝。与母材相比,搅拌区的晶粒得到明显细化。随焊接速度增加,搅拌区的晶粒尺寸减小。搅拌区的硬度高于其他区域。焊接速度为150mm/min时,接头拉伸强度最高,达到母材的92.7%。断裂多发生在热影响区,热影响区晶粒粗大且分布不均,显微硬度最低,是焊接接头的薄弱环节。     

热处理对Inconel625/X90堆焊层组织及性能的影响

目的研究不同固溶温度对堆焊层组织及力学性能的影响规律。方法对Inconel625堆焊层分别进行850、910、980℃的固溶处理,采用金相显微镜、SEM、EDS进行显微组织观察及堆焊层元素分析,并测试其硬度。结果堆焊熔合线附近出现魏氏组织和马氏体层,且合金元素含量迥异,在基材和熔敷金属之间形成较高的浓度差,使硬度分布极不均匀,经不同热处理后,魏氏组织得以消除,马氏体层也随着温度的增加而逐渐消失,合金元素的分布变均匀。850℃固溶处理后,敷材扩散区的Ni、Cr和Fe质量分数分别为36.14%、28.31%和18.27%,相比于堆焊态,合金元素发生了较大扩散;980℃固溶处理时,合金元素的分布最均匀,相对于堆焊态合金元素的含量,Ni含量下降约16.27%,Cr含量下降约8.32%,Fe含量上升约37.76%。未处理时的硬度从敷材至基材呈先下降、后升高的V型趋势,经850℃和980℃固溶处理后,试样硬度趋于均匀,热影响区硬度比未处理的有明显提高,分别提高24HV和32HV。结论热处理后,堆焊层的组织及元素分布变均匀,硬度分布曲线趋于直线,并随固溶温度的升高,各区元素含量的波动逐渐减小,元素分析曲线过渡平滑,晶粒度逐渐增大。     

镁-钢异种金属无匙孔搅拌摩擦点焊过程分析

在最优焊接参数下,对AZ31B镁板和DP600镀锌钢板进行无匙孔搅拌摩擦搭接点焊试验,得到剪切力达到8.7 k N的接头.整个点焊过程分为插入(I)、搅拌与回抽(II)、回抽完毕(III)三个阶段.显微组织分析表明,焊核区,钢的晶粒细长,流向明显.热力影响区,钢和镁合金均发生动态再结晶,钢的晶粒粗长,镁合金晶粒最为粗大,但在搅拌针回抽区域,镁合金晶粒细小且分布均匀,全部为再结晶等轴晶粒.热影响区,钢的晶粒更为粗长,镁合金的晶粒也较为粗大.接头主元素分析表明,(I)阶段,镁与钢的界面没有发生扩散;(II),(III)阶段,在焊核区主元素之间发生了扩散.     

2219铝合金搅拌摩擦焊焊缝顶锻式摩擦塞补焊接头性能分析

采用顶锻式摩擦塞补焊方法对10 mm厚2219铝合金搅拌摩擦焊焊缝用2219铝合金塞棒进行了补焊,研究得出塞棒锥角大于塞孔锥角的配合方式能有效避免缺陷的产生。对塞补焊接头的微观组织、常温和低温力学性能、显微硬度和断口形貌进行了分析。结果表明,塞补焊接头分为塞棒区、焊核区、热力影响区、热影响区和母材区5部分,焊核为细小的等轴再结晶组织,热力影响区晶粒发生粗化长大和弯曲变形,热影响区组织晶粒结构与母材相似。塞补焊接头的低温抗拉强度和断后伸长率基本达到搅拌摩擦焊接头的性能。塞补焊接头显微硬度分析表明,焊核区硬度最高,最低硬度值出现在热力影响区。     

船用铜合金搅拌摩擦焊研究

针对典型的船用铜合金开展了搅拌摩擦焊试验研究,通过金相显微镜、投射电子显微镜和能谱分析观察研究了焊缝的组织形貌,通过显微硬度、拉伸性能试验测试了接头的力学性能。结果表明,采用搅拌摩擦焊可以得到性能良好的船用铜合金焊缝。接头焊核区由均匀细小的等轴晶粒组成,顶锻区、热机影响区的等轴晶由于摩擦热作用晶粒有所增大,热影响区晶粒受热长大。焊核晶粒发生动态再结晶,得到细晶强化,同时强化相细小分布均匀,实现了弥散强化。焊缝厚度方向硬度比较均匀,没有明显的软化区,水平方向硬度从焊核到母材逐渐降低。接头抗拉强度与母材相当,屈服强度高于母材。     

1050铝合金基板上Al-Mg-Si-Cu((p))复合涂层的构建(英文)

利用摩擦堆焊工艺在AA1050铝合金基板上制备铜颗粒增强AA6061铝合金基复合材料涂层。研究耗材棒的增强相含量和预涂层热处理条件对涂层显微组织和力学性能的影响。结果表明,使用T6处理的耗材棒和增加铜含量使摩擦堆焊过程的温度升高。随着铜粉含量的增加,使用经T6处理和固溶态耗材棒制备的涂层的平均晶粒尺寸均减小,且与T6处理相比,用固溶态耗材棒制备的涂层的平均晶粒尺寸细16%。当铜的质量分数增加至20%时,使用T6处理耗材棒和固溶态耗材棒制备的涂层的耐磨性分别比AA1050基板提高了28%和24%。此外,使用T6处理和添加20%铜(质量分数)的耗材棒制备的涂层的剪切强度、硬度和耐磨性分别比使用固溶态耗材棒制备的涂层提高了4%、8%和5%。     

X100管线钢焊接冷裂纹敏感性

采用E10018焊条进行了斜Y形坡口焊接裂纹试验,结合数值模拟方法对X100管线钢焊接冷裂纹敏感性进行了研究,分析了预热温度对热影响区显微组织、接头硬度分布、应力应变状态的影响规律. 结果表明,X100管线钢具有一定的焊接冷裂纹敏感性,采用不高于100℃预热可以降低冷裂纹敏感性;100℃预热时裂纹率为0,此时粗晶区显微组织不是很粗大、M-A组元数量最少、硬度较低,且残余应力和应变水平都较低;但预热温度大于150℃时,粗晶区晶粒粗大、M-A组元数量增加,且接头中等效残余应力、应变水平升高,导致冷裂纹敏感性增加. 建议采用100℃进行预热.     

铝冲压模具的焊接修复工艺研究

采用自制药芯焊丝对H13(4Cr5MoSiV1)钢模具进行焊接修复。用洛氏硬度计、显微硬度计及金相显微镜研究了H13钢的不同焊接材料及焊前预热处理工艺对焊缝组织和强度的影响。结果表明:自制药芯焊丝焊接接头母材及焊缝显微硬度接近,且焊接接头晶粒细小,硬度分布均匀,有效减少了焊缝及热影响区(HAZ)的应力集中现象。自制药芯焊丝中合金元素含量较高且含碳量低,易形成等轴晶粒细化焊缝组织,提高焊缝金属耐磨性。同时,焊前预热工艺可延缓焊后焊缝冷却速度,降低焊缝热影响区显微硬度。     

5A90铝锂合金搅拌摩擦搭接焊接头组织与性能分析

以1.5 mm的5A90铝锂合金薄板为研究对象,进行搅拌摩擦搭接焊试验研究。结果表明:搭接接头焊核区内发生动态再结晶,生成细小的等轴晶粒,热机影响区在搅拌摩擦作用下晶粒发生变形,热影响区在热循环作用下晶粒粗化。板材厚度方向的金属流动行为导致了搭接界面迁移,随着轴肩下压量的增加,最大迁移高度增加。显微硬度测试表明,母材区硬度最高,热机影响区和热影响区硬度下降,焊核区硬度上升。     

管式加热炉用TP347H与P5炉管异种钢GTAW焊接工艺研究

针对ASME SA312 TP347H奥氏体不锈钢管与ASTM SA335 P5铁素体耐热钢管的异种钢焊接存在金属稀释、碳迁移和残余应力等问题,在考虑稀释影响的基础上,选择ER309和ERNiCr-3两种焊接材料根据是否焊后热处理以及是否堆焊隔离层制定了6种焊接工艺方案,并通过焊接试验、力学性能试验和金相检验,对比分析了不同工艺下焊接接头的性能。结果表明：外观检查和RT结果均符合相关标准要求;所有试件的抗拉强度均达到标准规定的415 MPa以上,其中最大值达到505 MPa,且断后伸长率在25%以上,TP347H侧热影响区的冲击吸收功平均值为54.0～70.5 J,均满足标准规定;直接焊接法未经焊后热处理的焊接接头P5侧母材热影响区附近硬度超标,而经焊后热处理的焊接接头硬度值均满足标准要求;经焊后热处理的焊接接头碳扩散更明显,而采用ERNiCr-3焊丝进行堆焊隔离层,并进行后热处理的焊接接头碳扩散程度最小。综合分析,ERNiCr-3堆焊隔离层+后热工艺方案得到的焊接接头性能最佳,满足标准要求,且无需进行焊后热处理,更适合现场焊接。     

摩擦堆焊工艺参数的优化选择

利用工艺试验分析了工艺参数对摩擦堆焊工艺的影响：随着耗材转速的增加，堆焊层的宽度和厚度均线性减小；随焊敷压力的增加，堆焊层宽度增加，厚度减小。结合热源模型建立了摩擦堆焊工艺参数匹配因数nF(耗材转速与焊敷压力之代数乘积)与摩擦预热时间tp的函数关系。实际应用中，可以根据摩擦预热时间确定工艺参数匹配因数，然后根据各个参数对堆焊层性能的影响，具体确定三个参数，完成工艺参数的优化选择。     

自保护药芯焊丝双丝堆焊修复钢轨技术研究

为了探索低预热条件下修复伤损钢轨技术,采用自保护药芯焊丝双丝双弧焊不预热堆焊修复钢轨,对其进行探索性研究,以期实现伤损高碳钢轨的冷焊修复。在显微镜下对焊缝组织进行观察;对焊缝金属进行了室温和低温冲击试验;采用扫描电镜(SEM)对断口形貌进行分析;利用维氏硬度计进行焊缝、热影响区(HAZ)、母材三区硬度测试。结果表明:采用自保护药芯焊丝双丝不预热堆焊修复钢轨,当双丝串列且间距为30 mm时,焊补接头具有优良的综合机械性能,接头的组织和硬度能够满足在线钢轨的运行要求。     

电渣堆焊高铬铸铁界面温度场及组织性能

用电渣堆焊的方法在D32低合金钢表面堆焊高铬铸铁硬面层,测量了堆焊过程中热影响区的温度场,研究了热影响区、复合界面及硬面层的微观组织和力学性能.结果表明,电渣堆焊加热和冷却速度较慢,稳定阶段时低合金钢基材温度分布均匀,在堆焊方向最大温度梯度为-21.25℃/mm;低合金钢基板内最大热应力为53.4 MPa,低于低合金钢的抗拉强度,有效避免了裂纹的产生;复合界面平整清晰,存在宽度约50μm的奥氏体带状区;热影响区晶粒有所长大,为铁素体加珠光体组织;高铬铸铁硬面层由奥氏体、碳化物和少量马氏体组成,M₇C₃型碳化物细小且均匀分布于奥氏体晶界;复合界面结合强度为96 MPa;试样熔合区的冲击吸收能量(53 J)较硬面层冲击吸收能量(10.7 J)明显提高;亚共晶高铬铸铁硬面层在较大磨损载荷下发生马氏体相变,硬度提高,耐磨粒磨损性能优良.     

摩擦堆焊过程接触熔化物理模型与分析

摩擦堆焊过程中，能量沉积引起耗材端部表层材料的微结构发生改变，形成粘性类液层，类液层连续过渡与母材结合形成堆焊层。利用接触熔化理论建立了摩擦堆焊的物理模型，并进行了分析计算。计算结果表明，类液层厚度在耗材端部中心出现奇异性，随半径的增加类液层厚度逐渐减小。试验观察到的耗材端部凹陷与理论计算结果吻合，验证了接触熔化理论在摩擦堆焊热分析中的可行性。研究成果为摩擦堆焊机理研究提供了理论基础。     

高氧TC4/TC17钛合金线性摩擦焊接头组织特征及力学性能

对高氧TC4/TC17异质钛合金进行线性摩擦焊试验,研究了焊接接头各区域组织特征、焊接界面合金元素扩散行为及力学性能. 结果表明,焊接过程中焊缝区发生了相变及动态再结晶,形成细小的等轴晶粒. 高氧TC4侧焊缝区形成针状马氏体,TC17侧形成亚稳定β相;两侧热力影响区晶粒均发生了破碎,沿着振动方向拉长. 焊后冷却阶段在焊合线附近出现合金元素扩散现象,扩散区域狭窄. 焊缝中心处显微硬度值最高达到420 HV,高氧TC4侧显微硬度随着靠近母材而逐渐降低;TC17侧显微硬度随着远离焊缝中心迅速升高. 拉伸性能测试结果表明,接头抗拉强度与高氧TC4母材相当.