Novel dissimilar spot welding of aluminium alloy and steel sheets by friction stirring

Friction stir spot welding (FSSW) has been applied to a dissimilar metal lap joint of an aluminium alloy and steel by stirring only the upper aluminium alloy sheet. Therefore, FSSW cannot be used to weld a lap joint composed of three or more sheets and a lap joint with an adhesive interlayer. In the present work, we propose a novel spot welding process for dissimilar metal lap joints using a new tool with the tip made of spherical ceramics. When this process is applied to the lap joint of the aluminium alloy and steel, the tool can be plunged into the lower steel sheet, then a steel projection is formed in the aluminium alloy sheet. The height of this steel projection increases with the plunge depth, and accordingly, the weld strength increases; the tensile shear strength and the cross tensile strength reached about 3.6 and 2.3 kN/point, respectively.     

新型9Cr-1Mo钢搅拌摩擦焊接头组织及性能

采用钨铼合金搅拌工具对新型9Cr-1Mo钢进行搅拌摩擦焊工艺试验,探讨焊缝成形、组织及性能变化规律. 结果表明,在300和400 r/min的转速,50 mm/min的焊接速度下可获得无缺陷接头;焊缝主要由搅拌区和热力影响区组成,具有明显的马氏体淬硬组织特征;高温热影响区为淬硬马氏体和回火马氏体混合组织,低温热影响区为过回火马氏体组织. 焊缝区具有晶粒细化特征,其晶粒尺寸约为母材69.2%. 焊缝区产生明显硬化,最高硬度约为母材硬度值的2.0倍. 焊接接头抗拉强度达到母材98%以上,搅拌区和热影响区冲击吸收能量分别达到母材的77.8%和87.4%,表明搅拌摩擦焊接头仍具有较好强韧匹配.     

电子束扫描焊接与焊缝凝固组织及性能的关系

电子束扫描焊接作为一种细化晶粒的焊接方法，对于不同的材料、有不同的细化效果。采用T—250马氏体时效钢为试验材料，初步研究了电子束扫描焊接对焊缝凝固组织、元素偏析及其对焊接接头强度和缺口冲击韧度的影响。并分析了电子束扫描焊接对断口形貌的影响。结果表明，采用电子束扫描焊接后、焊缝凝固组织细化、元素偏析降低；焊接接头强度和缺口冲击韧度提高。     

基于工程应用的9%Ni钢焊接材料选用原则探讨

探讨了工程应用中9%Ni钢焊接材料的选用原则。结果表明,在工程条件下,9%Ni钢所使用的焊接材料为"异质焊缝"型,接头的韧强比远高于母材金属,达到了"等韧性"匹配水平。选用优质、合适的焊接材料和合理的焊接工艺,是控制和改善该钢焊接性的重要技术手段。所谓异质焊缝"等韧性匹配"原则,即科学、合理控制焊缝化学成分,以镍基奥氏体焊缝保证接头获得最佳的力学性能(含低温韧性)和焊接性。该钢焊接材料的种类多达5种,典型焊接材料的综合性能指标优势明显。     

K-TIG焊接动态过程及组织和性能分析

为研究较高热导率材料的K-TIG焊接方法的焊接特性，采用K-TIG焊接技术对10 mm厚Q235钢进行了焊接.K-TIG焊接过程稳定，得到了焊缝成形良好，无裂纹、气孔等缺陷的焊接接头，通过高速摄影试验观察“匙孔”在焊接过程中的动态行为，并对焊接接头微观组织和硬度、拉伸、冲击、弯曲等力学性能进行了测试. 结果表明，改善散热条件和合理的装配间隙能增加K-TIG焊接“匙孔”的稳定性；焊缝区和热影响区的维氏硬度值均高于母材；焊接接头的抗拉强度、冲击韧性优于母材；焊缝区主要由细小的针状铁素体和少量的块状铁素体组成；K-TIG焊接方法在较高热导率材料领域的使用可行性得到证实，对低碳钢K-TIG焊接工艺的进一步研究具有一定参考意义.     

Microstructure,hardness and residual stress distribution in maraging steel gas tungsten arc weldments

Abstract

The distribution of residual stresses due to welding has been studied in maraging steel welds. Gas tungsten arc welding process was used and the effect of filler metal composition on the nature of residual stress distribution has been investigated using X-ray diffraction technique with Cr K_α radiation. Three types of filler materials were used, they include: maraging filler, austenitic stainless steel and medium alloy medium carbon steel filler metal. In the case of maraging steel weld, medium alloy medium carbon filler, the residual stress at the centre of the weld zone was more compressive while, less compressive stresses have been identified in the heat affected zone of the parent metal adjacent to the weld metal. But, in the case of austenitic stainless steel filler the residual stresses at the centre of the weld and heat affected zone were tensile. Post-weld aging treatment reduced the magnitude of stresses. The observed residual stress distribution across the weldments has been correlated with microstructure and hardness distribution across the weld.     

Microstructure and Mechanical Behavior in Dissimilar SAF 2205/API X52 Welded Pipes

The welding of a duplex stainless steel SAF 2205 DSS(UNS 31803) and high strength low alloy steel API X52 by shielded metal arc welding process was conducted using two different filler metals,the duplex E2209 and austenitic E309 grade.The microstructures of the dissimilar metal joints have been investigated by optical microscopy,scanning electron microscopy,energy-dispersive spectroscopy(EDS) and X-ray diffraction.EDS analysis at the interface X52 weld metal showed an evident gradient variation of Cr and Ni between boundaries of fusion and type II,where the highest hardness value was recorded.Tensile strength and toughness values of the weld metal produced by E309 electrode are slightly higher than those of the weld metal produced by E2209 electrode.Potentiodynamic polarization tests of different regions of the welded joints evaluated in 3.5%NaCl solution exhibit a high corrosion resistance of both weld metals.     

低活化马氏体钢真空扩散焊接头力学性能

在不同焊接工艺参数下对低活化马氏体钢进行真空扩散焊接试验,分别对焊缝区进行光学显微观察(OM)与扫描电镜观察(SEM)分析,并对焊件进行力学性能测试. 结果表明,低活化马氏体钢的焊后组织主要为板条马氏体及少量的残余奥氏体,焊缝结合状况良好;在一定范围内提高焊接温度、延长保温时间可以提升接头抗拉强度,但过高的温度及保温时间会导致奥氏体晶粒粗化,损害接头的抗拉强度及冲击韧性. 经过焊后热处理(正火+回火)的接头抗拉强度相对于热处理前有所降低,但组织稳定性及冲击韧性有一定改善.     

9Ni钢自保护药芯焊丝的研制及分析

研制了以Fe-Ni-Mn-Si系为合金系的9Ni钢自保护药芯焊丝. 采用FCAW法在不加保护气体的条件下施焊,并对焊件进行了QLT(淬火+亚温淬火+回火)处理. 通过拉伸试验、低温冲击试验、金相分析、断口扫描等方法研究了焊接接头的力学性能、显微组织和断口形貌. 结果表明,所研制的药芯焊丝焊接接头抗拉强度为709 MPa,屈服强度为580 MPa,断后伸长率为26%,断面收缩率为47%. 力学性能满足9Ni钢的使用要求. 焊缝的组织为细晶铁素体+针状铁素体. QLT处理使焊缝的低温冲击吸收功从48 J/cm2提升至100 J/cm2,能够明显提高焊缝的低温韧性.     

Nd:YAG激光焊接800 MPa TRIP钢的接头组织与性能

采用Nd:YAG激光对强度为800MPa,厚度为1.2mm的TRIP钢板进行焊接.研究焊接速度对焊缝外观和截面成形的影响及接头的组织特点、硬度、强度和成形能力.激光功率相同,焊接速度较低时焊缝易产生气孔,速度较高时易发生飞溅;焊接速度对焊缝熔深及熔宽也有影响.焊缝组织主要由马氏体构成,从焊缝、热影响区到母材,组织中马氏体含量下降,接头的最高硬度出现在焊缝或热影响区.在平行于焊缝方向,焊接接头的抗拉强度高于母材,垂直于焊缝方向,接头的抗拉强度与母材相当.由于焊缝中出现马氏体,接头的塑性和韧性降低,板材的冲压成形能力下降.     

热输入对BWELDY960Q钢焊接接头组织性能的影响

采用MAG焊方法焊接低合金高强度钢BWELDY960Q,在不同焊接工艺参数下获得焊接接头,研究焊接热输入对焊接接头组织性能的影响. 结果表明,随着焊接热输入的提高,焊缝中针状铁素体的体积分数呈现先增加后减少的趋势,当焊接热输入为12.32 kJ/cm时,焊缝中获得的针状铁素体所占的比例达到最大值. 针状铁素体数量的增加,提高了焊缝和熔合区的冲击吸收功、焊接接头的抗拉强度、断后伸长率和断面收缩率. 焊缝冲击断口呈韧窝花样,等轴韧窝与抛物线韧窝交替分布. 熔合区冲击断口呈解理特征,解理台阶层次明显,并存在较多的撕裂棱.     

DH36钢水下摩擦叠焊接头组织性能分析

采用天津大学自主研制的摩擦叠焊设备进行了DH36钢水下摩擦叠焊试验,对摩擦叠焊接头进行了显微组织观察和硬度测试,对比分析了不同焊接压力和不同焊接环境(水下和空气)下接头不同位置的拉伸性能. 结果表明,水下摩擦叠焊接头不同部位显微组织与硬度均存在较大差异,焊缝区组织以板条马氏体和条状及粒状贝氏体为主,硬度最高值为489.3 HV10,焊缝上部区域硬度值略高于下部,中间单元焊缝(后焊)硬度值整体上高于两侧单元焊缝(先焊);焊接压力增加能一定程度改善接头连接质量;空气中焊接的试件平均抗拉强度高于水中焊接接头.     

X80管线钢气体保护焊用焊丝的研制

对所研制的焊丝进行了气体保护焊试验,测试了焊缝金属的化学成分、金相组织、冲击韧度、强度、硬度和接头的抗拉强度.金相组织主要为针状铁素体、少量的先共析铁素体和粒状贝氏体,用扫描电镜分析了冲击断口的形貌和夹杂物的组成,用透射电镜分析了焊缝金属的微观结构.结果表明,在焊丝中加入微量的Ti-B,可以有效地抑制先共析铁素体的形成,使焊缝获得细小、均匀的针状铁素体组织.焊缝中合金元素形成了弥散分布的细小夹杂物,成为了针状铁素体(AF)的形核质点.针状铁素体内有许多位错团,可以有效地阻止裂纹的扩展,提高冲击韧度.     

TiNi形状记忆合金与不锈钢激光焊接头裂纹分析及防止措施

采用激光焊对TiNi形状记忆合金与不锈钢异种材料进行焊接,用扫描电镜和激光共聚焦显微镜研究了TiNi合金/不锈钢接头裂纹及断口特征,分析了焊缝裂纹的形成机理,并提出了防止裂纹的措施.结果表明,裂纹多以微裂纹的形式出现于焊缝中心和TiNi合金侧熔合区.焊缝中存在大量的脆性化合物是产生裂纹的内在原因,接头受到拉伸应力是产生裂纹的必要条件,焊缝裂纹是二者共同作用的结果.通过焊接区加镍和钴中间层材料、改变激光光斑位置、焊接区施加轴向力及优化激光焊接参数的方法均能在一定程度上改善焊缝金属的裂纹敏感性,其中加金属中间层效果更为明显,加镍和钴中间层后,接头抗拉强度分别达到372和347 MPa,比未加中间层的接头的抗拉强度分别提高98.9%和85.6%.     

Effect of post-weld heat treatments on microstructure and mechanical properties of electron beam welded flow formed maraging steel weldment

Abstract

Seamless tubing of C-250 maraging steel manufactured by the flow forming technique was joined by the electron beam welding process. Various post-welding heat treatments were conducted to improve the overall mechanical properties of the welded tubing. For the 480°C/6 h/air cooling post-weld aging treated maraging steel, a significant increment of 11% reversion austenite was present in the weld metal. Only the tensile strength of this aging treated metal met the required specification while its percentage elongation reached only 50% of the specification, attaining only 35% of the strength of the parent metal. For the post-welded solution + aging treated maraging steel, only the yield strength met the specification. Moreover, a significant amount of reversion austenite pools was also present at the grain boundaries of the material located at the weld metal. Although the homogenisation treatment could improve the hardness of the weld metal, it failed to have the tensile strength of the steel met the specification.     

921A钢激光-MAG复合焊接头组织及性能

针对6 mm厚的921A钢板,采用激光-MAG复合焊接工艺进行对接焊试验,并对焊接接头的显微组织、硬度、拉伸性能、耐腐蚀性能等进行了分析。结果表明,采用激光-MAG复合焊工艺可获得成形连续美观的焊接接头,无未熔合、裂纹、气孔等缺陷;焊缝组织为针状铁素体、少量沿晶界析出的先共析铁素体及长条状贝氏体,热影响区组织为马氏体;焊接接头的拉伸性能和冲击性能均符合国家标准要求,焊缝强度高于母材,但塑韧性低于母材。峰值硬度在热影响区,为315 HV,焊缝硬度约为280 HV,符合最高硬度不得超过410 HV的规定。焊缝耐电化学腐蚀性能最强,母材次之,热影响区最低;激光和MAG电弧2种热源共同作用区域的组织分布更加均匀,硬度及耐腐蚀性能较激光单独作用区域有了明显改善。 创新点： 采用激光-MAG复合焊实现了6 mm厚度921A钢板无缺陷对接焊的一次焊接成形。焊缝晶粒更加细化,分布更加均匀;焊缝抗拉强度、硬度、电化学腐蚀性能均高于母材,冲击吸收能量满足船级社要求。     

2219铝合金与不锈钢惯性摩擦焊接接头组织与力学性能

异种金属的连接可实现节能、经济及减重的目标,成为航空航天、造船、铁路运输等领域的研究热点之一;而铝合金与不锈钢物理化学性能差异明显,成为异种金属中最难实现的连接接头之一。采用惯性摩擦焊接技术进行2219铝合金与不锈钢回转体的连接,分析不同焊接工艺参数下铝钢惯性摩擦焊接接头的显微组织与力学性能。结果表明,惯性摩擦焊接使铝钢接头铝合金一侧形成了细晶区和拉长晶区;EDS结果显示焊接界面处发生了Fe、Al等元素扩散。硬度测试结果表明,在连接界面处-0.6~+0.15 mm范围内硬度值发生了明显的阶跃变化,该区域为受焊接热及变形作用的主要区域,硬度值高于母材。合理焊接工艺下获得的2219铝合金与不锈钢接头拉伸强度为235~300 MPa。铝钢惯性摩擦焊接断口以脆性断裂为主。     

CO_2激光焊接600MPa DP钢接头组织与性能

采用CO2激光对抗拉强度为600MPa,厚度1.4mm的DP钢进行焊接.研究焊接速度对焊缝外观和截面成形的影响、接头的组织特点、硬度、强度和成形能力.结果表明,激光功率相同,焊接速度较低时焊缝易产生气孔,焊接速度较高时易发生飞溅;焊接速度对焊缝熔深及熔宽也有影响.焊缝区组织主要由马氏体构成,从焊缝、焊接热影响区到母材,组织中马氏体含量下降,接头的最高硬度出现在焊缝或热影响区.在平行于焊缝方向,焊接接头的抗拉强度高于母材,垂直于焊缝方向,接头的抗拉强度与母材相当.由于焊缝出现马氏体组织,接头的塑性和韧性降低,板材的冲压成形能力下降.     

双相不锈钢药芯焊丝GDQA2205的研制

对所研制焊丝进行气体保护焊试验,测试了焊缝金属的化学成分、金相组织、抗拉强度、点蚀率和接头的洛氏硬度、抗弯强度和冲击韧度.用金相显微镜对焊缝金相组织进行观察,用扫描电镜分析冲击断口的形貌,并且用EDS能谱仪分析夹杂物的成分.结果表明,在焊丝中加入合理的Ni和MnN,可有效地促进奥氏体的形成,使焊缝获得合理的奥氏体铁素体两相组织.还分析了耐点蚀性能和冲击韧度的影响,研究发现除化学成分外,均匀的两相组织有利于改善耐腐蚀性能;金属元素Mn,Ni,Cr等是焊接接头冲击韧度的保证.     

960 MPa高强钢金属粉芯型药芯焊丝焊缝金属韧化机理

针对960 MPa高强钢研制了以Mn,Ni,Mo和Cr元素为主要合金体系,以Ti,B,Nb和Al元素为微合金元素的金属粉芯型药芯焊丝. 采用熔化极气体保护焊进行施焊,通过拉伸试验和低温冲击试验等方法对接头力学性能进行了测试,结合金相组织观察、断口扫描、能谱分析和透射电镜观察等对合金元素的作用机理进行了分析. 结果表明,接头抗拉强度平均值为952.24 MPa,-20 ℃焊缝低温冲击吸收功平均值为70 J,研制的焊丝在保证接头强度的同时有效改善了焊缝金属的低温冲击吸收功. 在药芯成分中,主要合金元素起固溶强化和弥散强化作用,微合金元素通过细化晶粒、抑制块状铁素体析出和增加针状铁素体形核率等方式改善低温冲击性能.