低活化铁素体/马氏体钢厚板真空电子束焊接接头组织及性能分析

针对聚变堆氚增殖剂试验包层模块(TBM)结构材料CLF-1低活化铁素体/马氏体钢,进行真空电子束焊接试验,并对焊接接头的显微组织及力学性能进行分析研究。结果表明:采用电子束焊接的焊缝表面成形良好,无气孔、裂纹等焊接缺陷;焊接接头横截面呈典型的匙孔穿透焊缝形貌,焊缝金属显微组织为较粗大的板条马氏体,熔合线附近为马氏体、少量铁素体和魏氏体组织的混合组织;热影响区主要由马氏体和残余奥氏体组成,且晶粒尺寸大小由焊缝向母材依次减小。经710℃,210 min焊后热处理,焊缝区显微硬度均值为350 HV,存在明显的硬化现象;常温下接头平均抗拉强度为635MPa,断裂位置处于远离焊缝的母材侧,550℃高温抗拉强度均值为350 MPa,断裂位置在焊缝区;经180°侧弯试验,焊缝表面无肉眼可见裂纹,焊接接头具有较好的力学性能。     

Q235B/304L复合板焊接接头组织与性能研究

采用SMAW焊接Q235B/304L双金属复合板,利用光学显微镜和EDS分析了焊接接头显微组织及合金元素分布,并且测试了焊接接头力学性能。研究结果表明,焊缝组织主要为奥氏体和少量δ铁素体,熔合线附近生成少量板条马氏体和魏氏体组织;碳钢侧熔合线附近Cr元素未发生明显稀释,Ni元素稀释明显,同时C元素发生了少量扩散;焊接接头抗拉强度为499 MPa,焊缝和热影响区冲击吸收功分别为103 J和59 J,焊接接头各区硬度不高于HV10350,均满足技术指标和使用性能要求。     

无钴马氏体时效钢电子束焊接接头组织与性能分析

对18Ni无Co马氏体时效钢进行了真空电子束焊接,用金相显微镜观察了焊接接头的组织形貌,并测定了焊缝区、热影响区、基体的显微硬度.结果表明,18Ni无Co马氏体时效钢组织为板条马氏体组织,材料焊接性能良好,焊缝区凝固组织为胞状树枝晶,熔合线附近热影响区晶粒发生了再结晶,晶粒长大明显.硬度分布有明显的规律性,焊缝区硬度最低,细晶区硬度最高,熔合线附近的热影响区,离熔合线越远,硬度值越高.在距熔合线2.5 mm处有一个马氏体与奥氏体两相混合的狭窄区域,硬度较其两侧有明显降低.     

Study on Weidability of 8mm Thickness 16MnR and 2205 Duplex Stainless Steel

对8mm厚的16MnR与2205双相不锈钢进行对接焊,开60°单面V型坡口,采用Ni含量比较高的焊材,钨极氩弧焊打底,手工电弧焊填满,焊后对其接头进行了组织性能分析研究.结果表明:在接头的16MnR-焊缝界面,在熔合线附近的16MnR侧存在“脱碳层”,而在焊缝一侧存在“增碳层”；焊缝组织为奥氏体+针状铁素体,奥氏体的含量多一些,且焊接接头钨极氩弧焊侧组织更加细小、均匀；焊接接头的抗拉强度达到578MPa,断裂发生在16MnR母材上,断口呈韧性断裂模式,且具有良好的塑性；16MnR与焊缝界面硬度分布整体呈现一上升趋势,焊缝区硬度最高,其次是热影响区,16MnR母材出现低硬度区,在熔合线附近靠近焊缝侧出现一峰值,而2205-焊缝界面,热影响区的平均硬度最高,焊缝的平均硬度最低,且焊接接头钨极氩弧焊焊缝的平均硬度大于手工电弧焊侧.     

35CrMnSiA超高强钢的焊接性试验研究

采用MIG焊焊接超高强钢35Cr Mn Si A,对热处理前后焊接接头组织进行分析,并对热处理后焊接接头进行了硬度测试、拉伸试验、冲击试验及断口分析,从而研究分析了35Cr Mn Si A的焊接性。结果表明:焊态下,焊缝区组织为针状马氏体和少量残余奥氏体,热影响区组织为板条状马氏体、贝氏体和残余奥氏体;热处理后,焊缝组织为回火马氏体和残余奥氏体,热影响区组织为回火马氏体、少量贝氏体和残余奥氏体;焊接接头焊缝区的硬度高于热影响区和母材;焊接接头抗拉强度为1640.8 MPa,伸长率为9.2%,焊缝区冲击功为37.6 J,焊缝区的冲击断口为混合断口。     

铝硅镀层钢激光填丝焊接接头组织和性能

对铝硅镀层热成形钢进行激光填丝焊接试验,研究填充焊丝对焊接接头显微组织、力学性能及拉伸失效机制的影响. 结果表明,在激光自熔焊条件下,焊缝中平均Al元素含量为1.90%(质量分数),显微组织为马氏体和粗大的δ铁素体,焊接接头抗拉强度和断后伸长率分别为1 340 MPa和1.80%,因δ铁素体与马氏体之间存在显著的硬度差(142 HV),拉伸时裂纹源于δ铁素体和马氏体之间的相界面. 在激光填丝焊条件下,焊缝平均Al元素含量降低至0.96%,由于填充焊丝对铝的稀释作用使得焊缝为全马氏体组织,焊接接头抗拉强度和断后伸长率分别提升至1 510 MPa和4.4%. 因填充焊丝同时对焊缝中的碳也有稀释作用,焊缝中马氏体硬度(491 HV)低于母材中马氏体(523 HV),拉伸时裂纹于马氏体内部萌生并扩展,最终断裂于焊缝.     

8mm厚16MnR与2205双相不锈钢的焊接性研究

对8 mm厚的16MnR与2205双相不锈钢进行对接焊,开60°单面V型坡口,采用Ni含量比较高的焊材,钨极氩弧焊打底,手工电弧焊填满,焊后对其接头进行了组织性能分析研究。结果表明:在接头的16MnR-焊缝界面,在熔合线附近的16MnR侧存在"脱碳层",而在焊缝一侧存在"增碳层";焊缝组织为奥氏体+针状铁素体,奥氏体的含量多一些,且焊接接头钨极氩弧焊侧组织更加细小、均匀;焊接接头的抗拉强度达到578MPa,断裂发生在16MnR母材上,断口呈韧性断裂模式,且具有良好的塑性;16MnR与焊缝界面硬度分布整体呈现一上升趋势,焊缝区硬度最高,其次是热影响区,16MnR母材出现低硬度区,在熔合线附近靠近焊缝侧出现一峰值,而2205-焊缝界面,热影响区的平均硬度最高,焊缝的平均硬度最低,且焊接接头钨极氩弧焊焊缝的平均硬度大于手工电弧焊侧。     

Q1400超高强钢激光-MAG复合焊与MAG组织及性能对比

针对一种屈服强度1 400 MPa新型超高强钢,对比分析了在使用低强匹配焊材的条件下MAG和激光-MAG复合焊的组织及性能差异。2种焊接工艺的成形及截面形貌均连续均匀,无气孔、裂纹、夹渣等微观缺陷。MAG采用2 mm钝边的60°坡口,热输入大、冷却速度较慢,焊缝组织主要为马氏体+贝氏体组织,焊缝-40℃冲击吸收能量为45 J,为母材的150%;热影响区冲击吸收能量为30 J,与母材水平相当;接头抗拉强度为1 166 MPa,相当于母材的69%。激光-MAG复合焊采用6 mm钝边的40°坡口,打底焊焊缝为马氏体组织;填充焊焊缝为马氏体+贝氏体组织;焊缝-40℃冲击吸收能量与MAG相当,但热影响区的冲击吸收能量达到42 J,优于MAG和母材;接头抗拉强度接近1 300 MPa,高于MAG 125 MPa,相当于母材的76%。激光-MAG复合焊焊接效率优于MAG,达到MAG的3倍以上。     

基于超射流过渡的7N01-T5铝合金MIG焊接头组织和力学性能研究

为了减小铝合金中厚板的坡口角度,基于超射流过渡模式对45°坡口的7N01-T5铝合金进行了MIG焊试验,分析了接头的显微组织与力学性能。结果表明:采用超射流过渡模式实现了铝合金板45°坡口的MIG焊接,接头没有未熔合缺陷。除焊道交界处与熔化区边缘外,焊缝区域组织主要由等轴晶组成;显微硬度最小值出现在焊缝区域。随距焊缝中心距离的增加,热影响区可分为硬度稍微降低的淬火区以及硬度明显降低的软化区。接头的拉伸断裂位置均出现在熔合线附近,接头的平均抗拉强度达到312.15 MPa。     

超高强度钢40CrNi2Si2MoVA激光焊接组织和性能研究

为了改善超高强度钢40CrNi2Si2MoVA的焊接性能,采用CO2激光对其进行了焊接处理。利用光学显微镜、显微硬度仪、电子万能试验机、电子扫描显微镜和X射线应力测定仪等对焊接接头的显微组织、硬度、拉伸强度、拉伸断口和残余应力进行了研究。结果表明,焊缝中心区组织为等轴晶,近中心区为小柱状晶,边缘区为柱状树枝晶与粗大柱状晶,熔合区为柱状晶、胞状晶。热影响区(HAZ)主要组织为板条马氏体、岛状马氏体、贝氏体及少量残余奥氏体;焊缝区平均硬度595HV,硬度最大值在HAZ,其值为637HV;从HAZ到基材硬度值下降显著;接头拉伸断裂部位发生在靠近焊缝基材区,拉伸断口为韧窝断口,其抗拉强度值和母材拉伸强度值相当,平均值为1607.8MPa,接头冲击韧度为54.5J/cm2;从焊缝中心区到基材区,焊接残余应力先增大,后减小,变化显著。     

ULCB钢电子束穿透焊组织与性能

为了进一步探索ULCB钢的焊接性能,采用真空电子束穿透焊不同束流强度对14 mm钢板对接接头进行了焊接,通过焊缝形貌比较,束流强度为100 mA时,接头焊缝成形最好,选取该接头做了拉伸、硬度、冲击试验及金相组织分析.结果表明,拉伸试样的断裂区域在母材区,抗拉强度为761 MPa、屈服强度为669 MPa,硬度范围在270~330 HV;冲击试样的断裂区域在热影响区,焊缝区平均冲击功为288 J,热影响区平均冲击功为273 J;接头显微组织中,焊缝区和热影响区产生了α'马氏体相,使焊缝区和热影响区产生相变强化,导致焊接接头的强度和硬度均高于母材.     

Effect of Laser Welding Process Parameters on Microstructure and Mechanical Properties on Butt Joint of New Hot-Rolled Nano-scale Precipitation-Strengthened Steel

A 4 kW fiber laser was chosen to weld the new hot-rolled nano-scale precipitation-strengthened steel with a thickness of 4.5 mm. The effect of laser power, defocusing distance, and welding speed on the welded joint appearance was examined, and the microstructure and mechanical properties on the typical butt joints were investigated. Results showed that increasing laser welding power may cause faster downward flow of molten metal to produce greater root humping. With the welding speed increasing, the average welding seam （WS） width decreased, and the average WS and heat-affected zone （HAZ） hardness increased. The microstructures of WS, fusion line, and coarse grain heat-affected zone were lath martensite, but the growth direction of the original austenite grain boundaries was significantly different. The microstructures of fine grain heat-affected zone were ferrite and martensite, and the microstructure of mixed grain heat- affected zone contained ferrite, massive M/A island, and a small amount of martensite. The micro-hardness values of WS, HAZ, and base metal （BM） were 358, 302, and 265 HV, respectively. The butt joint fracture at the BM far from the WS and the welded joint tensile strength are observed to follow proportional relationship with hardness.     

纳米贝氏体钢TIG焊接头组织和性能

采用TIG焊接方法对1500 MPa级纳米贝氏体钢进行焊接.利用光学显微镜(OM),扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对焊接接头的微观组织和断口形貌进行了观察与分析,通过硬度测试与拉伸试验考察了接头的力学性能.结果表明,纳米贝氏体钢的焊接性较差,TIG焊焊缝和淬火区组织为淬硬的马氏体,硬度高达1000 HV;焊缝偏析严重,在枝晶间出现残余奥氏体;焊接接头出现冷裂纹,且为沿晶脆性断裂;回火区析出大量碳化物,主要为M₇C₃(M表示Fe,Cr,Mn)和渗碳体Fe₃C,并随着回火温度的升高,碳化物析出量增大,成为焊接接头的又一薄弱环节.     

高温回火对Q235/P91异种钢熔焊接头组织结构与性能影响

采用光学金相显微镜、维氏硬度计等测试方法,研究焊后不同保温时间和高温回火热处理对Q235/P91异种钢熔焊接头显微组织特征及硬度分布的影响。结果表明,经过不同保温时间的高温回火处理,Q235钢侧热影响区靠近熔合线附近,铁素体组织比较细小;过热区附近的奥氏体晶粒发生严重长大;相变重结晶区将得到更加细小的铁素体显微组织。P91钢侧热影响区分别是完全淬火区和不完全淬火区组织。且随着焊接热输入的增大,热影响区组织显著变大,其硬度也显著提高;而保温时间越短,焊缝区组织越细小,硬度也越高。其中保温1.5 h的焊缝区硬度比保温2.5 h的高约40 HV,保温2.5 h的焊缝区硬度比保温3.5 h的高约40 HV。     

SUS304/Q235B双金属冶金复合螺旋管激光-CMT复合焊+埋弧焊接头组织及性能

采用激光-CMT复合焊+埋弧焊的焊接工艺对SUS304/Q235B双金属冶金复合螺旋管进行了生产试制,利用OM,EDS研究了复合管焊缝微观组织特征及合金元素分布,同时检验了焊接接头的力学性能和耐腐蚀性能。结果表明,焊缝合金成分合理,合金元素稀释率低。内焊焊缝(CMT区域)微观组织为奥氏体+铁素体+碳化物析出相,内焊焊缝(LBW区域)微观组织为奥氏体+铁素体+马氏体,Q235B基层焊缝微观组织为铁素体+珠光体;焊接接头抗拉强度平均值为451 MPa,-10 ℃下焊缝及热影响区的冲击吸收能量平均值分别为167 J和236 J,焊接接头面弯、背弯180°拉伸面无裂纹(弯轴直径45 mm),焊缝硬度最高值为285 HV10;晶间腐蚀试验后,管体与焊缝弯曲180°拉伸面无裂纹(弯轴直径4 mm)。SUS304/Q235B双金属冶金复合螺旋管激光-CMT复合焊+埋弧焊接头的各项性能均符合相关标准的要求,能够满足饮用水输送工程的应用需求。创新点： 区别于传统螺旋焊管的双面埋弧焊,采用了激光-CMT复合焊(内焊)+埋弧焊(外焊)的工艺对SUS304/Q235B双金属冶金复合螺旋管进行焊接,形成了“Y+V”形的焊接接头形貌,减小了内、外焊缝的重合量,有效地控制了不锈钢复层一侧焊缝合金元素的稀释及碳钢基层一侧焊缝合金元素的过量裹入,避免了内、外焊缝高硬相的产生,提升了焊接接头的综合性能。     

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。     

10Ni3CrMoV钢CO2激光多层焊的接头组织与性能

与传统电弧焊相比,激光焊接厚板优势明显。采用纯激光焊和激光电弧复合焊等多道焊接技术实现了28 mm厚10Ni3CrMoV钢的高效焊接,采用光学显微镜分析焊缝、热影响区和焊缝重叠区的组织,激光复合焊缝组织主要为针状铁素体,纯激光焊缝、粗晶区和细晶区组织主要为板条马氏体,激光复合焊缝重叠区组织为粒状贝氏体+马氏体,纯激光焊缝和激光复合焊缝重叠区组织为马氏体+少量粒状贝氏体。测试了焊接接头的力学性能,结果表明,激光复合焊缝金属的冲击韧性较高,焊接接头的抗拉强度和屈服强度与母材相当,延伸率略小于母材,焊接接头的最大硬度小于360 HV,弯曲性能合格。     

高碳钢片对铝硅镀层热成形钢激光焊接接头组织性能的影响

以45号碳钢薄片为夹层,利用CWX3000光纤激光器对1.5 mm厚的铝硅镀层热成形钢进行激光焊接试验,研究焊缝碳含量对焊接接头显微组织和力学性能的影响. 试验结果表明,碳钢薄片的加入使焊缝碳含量增加,奥氏体相区扩大,焊缝δ铁素体的体积分数由17.3%降低至4.5%,焊缝平均硬度由425 HV增加至557 HV,焊接接头的抗拉强度由980 MPa增加至1 280 MPa,杯突值由1.7 mm增加至3.2 mm,抗拉强度及成形性能均有所提升.     

保护气体对06Cr19Ni10钢焊接接头组织与性能的影响

通过拉伸、弯曲、硬度试验和金相分析,研究06Cr19Ni10不锈钢在φ(Ar)95%+φ(CO2)5%和φ(Ar)97%+φ(O2)3%两种保护气体下的MAG焊接头。结果表明:两种接头均具有良好的拉伸和弯曲性能;两者的显微硬度分布大致相同,焊缝硬度最高,热影响区硬度最低;母材基体组织为奥氏体,基体上有少量沿轧制方向分布的带状δ铁素体;焊缝中心为黑色树枝状δ铁素体均匀分布在白色奥氏体基体上,且晶粒细小均匀;熔合线附近为柱状奥氏体组织和板条状铁素体组织;热影响区组织为奥氏体基体上兼有少量δ铁素体。