V型曲面坡口打底焊成形控制与工艺参数优化

目的 研究熔化极气体保护焊工艺参数对V型曲面坡口打底焊焊接接头形貌及硬度的影响规律,实现焊接接头工艺参数的预测与优化,提高焊接质量。方法 基于响应面Box-Benhnken方法,分析焊接电压、焊接电流、焊接速度、曲面弧度对焊接接头成形与性能的影响规律,构建工艺参数与焊接接头响应指标的数学模型。结果 试验结果表明,熔宽随焊接电压、焊接电流的增大而增大,随焊接速度、曲面弧度的增大而减小。面积随焊接电压、焊接电流、曲面弧度的增大而增大,随焊接速度的增大而减小。硬度随焊接电压的增大而减小,随焊接速度、曲面弧度的增大而增大。以熔宽、面积及硬度最大为优化目标,最优工艺参数为电压26 V,电流260 A,焊接速度26 cm/min,曲面弧度(13/36π) rad。对比预测值与实际值,熔宽、面积、硬度的误差率分别为4.2%、3.8%、2.3%。结论 研究结果表明了所构建数学模型的可靠性,为非对称曲面坡口及其他特殊结构焊缝的成形控制与参数优化提供了理论依据。     

7075铝合金高速搅拌摩擦焊材料流动行为及性能研究

目的 针对7075–O铝合金高焊速、高转速搅拌摩擦焊接缺陷多、质量差等问题,研究焊接接头材料流动对焊缝性能的影响。方法 选用焊接速度1 000 mm/min,搅拌转速分别为1 000、1 200、1 600、1 700 r/min的条件对7075–O铝合金板进行搅拌摩擦焊接,分析不同焊接工艺参数下焊接接头的显微组织及力学性能。同时,利用Fluent软件模拟7075–O铝合金搅拌摩擦焊接过程中的材料流动场分布,分析焊接材料流动与缺陷形成的关系。结果 利用7075–O铝合金三维流动模型,预测出高焊速条件下焊缝前进侧形成一个低压区,孔洞等缺陷易出现在此区域,数值模拟预测与试验结果吻合。在高焊接速度1 000 mm/min、焊接转速1 200 r/min时,焊缝表面光滑平整,焊核区域的硬度分布更加均匀。结论 随着搅拌转速从1 000 r/min增大到1 700 r/min,热输入量逐渐增大,孔洞缺陷由隧道型孔洞转变为不连续的小孔。同时,随着搅拌转速的增大,焊缝高硬度区域的宽度先增大而后降低。当搅拌转速为1 200 r/min时得到了优质的焊接接头,焊缝焊核区硬度分布均匀,硬度值最高为176HV。     

功率对纯钛薄片激光封孔成形及接头性能的影响

为实现直径为0.1 mm微孔的良好封接,采用低功率脉冲激光对0.40 mm厚的工业纯钛(CP-Ti Grade 1)进行了封焊,采用扫描电镜、显微硬度计及光学显微镜,研究了激光功率对焊缝表面成形、焊接接头横截面形貌和显微硬度的影响规律,分析了接头的微观组织结构.结果表明:当激光功率不低于19.2 W时,微孔可以实现完全封接,且熔核直径随着激光功率的增大而增大,但随着激光功率增大,焊缝凹陷和烧蚀现象越加严重;当激光功率增大时,焊缝表面显微硬度呈上升趋势,激光功率为19.2 W时,焊缝成形良好,且最大显微硬度值可以达到290 HV;焊缝中心微观组织为针状α、锯齿状α以及板条状α晶,焊缝上边缘为锯齿状α晶,而焊缝下边缘为细小的锯齿状α和针状α晶.     

储能缝焊工艺对304不锈钢接头性能的影响

为研究电容储能缝焊工艺对304不锈钢接头性能的影响规律,对0.5 mm厚304不锈钢板进行了缝焊工艺实验,通过接头拉剪力检测和金相显微组织观察,对比了不同焊接速度、充电电容和放电频率下的缝焊接头组织特点,并分析了各工艺参数对接头拉剪力、熔核宽度、焊缝重叠量和焊透率的影响.结果表明:储能焊焊缝中心晶粒细小,熔合区为柱状晶,重叠部位晶粒粗大,接头组织呈现不均匀性,随着充电电容的增大晶粒变得更细密,组织不均匀程度显著降低,焊接速度和放电频率增大导致晶粒组织粗化并出现缩孔缺陷,提高电极压力可克服缩孔并使组织趋向均匀;充电电容对接头拉剪力的影响较小,焊接速度、充电电压、放电频率和电极压力调到一个合适值后,继续增大参数值对接头拉剪力影响很小;焊接速度的增大引起焊缝熔核宽度和重叠量急剧下降,充电电压增大引起焊缝焊透率下降过多,导致飞溅、过烧、毛刺等焊接缺陷的产生.因此,304不锈钢储能缝焊应采用低的焊接速度、较小的充电电压和较高的电极压力。     

ZL101A/SiCp/20p电子束焊接工艺研究

研究了颗粒增强铝基复合材料ZL101A/SiCp/20p的电子束焊接工艺.研究表明,直接采用电子束焊焊接该类材料,难以获得焊缝成形.采用富Si非增强中间层,通过熔化中间层间接熔化两侧SiCp/Al,得到了较理想的焊缝成形.为获得良好焊缝成形,应合理选取中间层厚度、焊接速度和焊接电流及聚焦方式.采用非增强中间层电子束焊接气孔问题较突出.气孔主要发生于部分熔化的热影响区,快速焊接能使气孔形成受到部分抑制.     

低碳贝氏体钢双面埋弧焊接头的组织和低温韧性

对低碳贝氏体钢进行双面埋弧焊焊接,并用光学显微镜和PSW750型示波冲击试验机对焊接接头进行表征,研究了钢的显微组织和低温韧性。结果表明:低碳贝氏体钢双面埋弧焊后,焊缝区的组织为针状铁素体和粒状贝氏体;HAZ的组织为贝氏体铁素体和粒状贝氏体;HAZ熔合线附近的硬度最高,远离熔合线硬度降低并逐渐接近母材金属的硬度;随着温度的降低焊接过程中的凝固偏析、高度集中的位错源来不及松弛应力集中以及分布在晶界上的Ti、Mo等微合金元素形成的碳氮化物,导致焊接接头焊缝区和HAZ韧性降低并在-20℃和-60℃发生韧脆转变。     

焊接电流对镍基铌复合堆焊层组织及性能的影响

采用等离子堆焊技术在Z2CN18-10不锈钢表面制备了添加铌粉的镍基合金堆焊层,并对堆焊层的显微组织、硬度和耐磨性进行了分析,研究了焊接电流对堆焊层组织和性能的影响。结果表明:焊接电流为140A时,堆焊层中可以较好地析出NbC颗粒,堆焊层具有良好的耐磨性;焊接电流为110A时,堆焊层硬度可以达到509HV0.3,但是堆焊层成型不好,耐磨性能也最差;当焊接电流增大到170A时,堆焊层硬度明显降低,耐磨性相比140A时的也有所降低。     

690 MPa级低合金高强钢焊接接头组织性能

为探讨690 MPa级低合金高强钢焊接接头组织与性能的关系,采用手工电弧焊(SMAW)和埋弧焊(SAW)获得成形良好的焊接接头,经过拉伸、冲击、弯曲试验及光学显微镜、扫描电镜和透射电镜分析,对两种焊接方法的接头组织性能进行研究.结果表明:两种焊接方法的焊缝组织主要为板条状贝氏体和少量针状铁素体,粗晶区为粗大贝氏体和少量马氏体;焊缝中含有大量分布均匀的微小球形夹杂物;两种焊接方法所得焊接接头都具有较高力学性能,-50℃的冲击断口形貌为韧窝、准解理混合型;埋弧焊焊缝冲击韧性低于手工电弧焊,手工电弧焊熔合线处冲击吸收功小于埋弧焊,但随距熔合线距离增加其值增加更快.显微组织和夹杂物是影响接头性能的主要因素.     

奥氏体不锈钢A-TIG焊工艺研究

目的研究焊接参数对焊缝成形和接头宏观组织的影响。方法改变焊接电流、焊接速度、焊接电压以及活性剂中的一个参数,固定其他3个参数不变,对奥氏体不锈钢进行焊接,分析其接头宏观形貌、组织和力学性能。结果随着电流、电压的增加,焊接接头的熔深和熔宽都在增加,随着焊接速度的增加,焊接接头的熔深和熔宽都在降低,在相同参数下,将不同活性剂下的A-TIG焊接头的熔深和熔宽进行比较,发现涂敷C4活性剂接头熔深最大达到4.29mm,而常规TIG焊接头熔深为1.38mm,涂敷C4活性剂的接头熔深为TIG焊的3.11倍,且熔宽也有所减小。结论 C4活性剂A-TIG最佳工艺参数为:I=175 A,U=14 V,v=80 mm/min,此时能将6 mm板材焊透,成形良好,在此工艺下焊缝等轴晶范围最大,焊缝组织最为细小。相比于TIG焊,涂敷C4活性剂接头强度系数提升4.1%。     

旋转速度与焊接速度对铝铜异种材料搅拌摩擦焊接头成形的影响

目的为了获得较好的铝铜异种材料搅拌摩擦焊焊缝,研究旋转速度与焊接速度对焊缝成形的影响规律。方法采用对接的方式对4mm厚的纯铝和紫铜进行搅拌摩擦焊,对比了不同旋转速度和焊接速度对铝铜异种金属焊缝表面的影响,并对焊缝内部成形变化进行了分析。结果旋转速度和焊接速度对焊缝的成形影响较大,当旋转速度为1200 r/min,焊接速度为10 mm/min时,焊缝表面成形美观,焊缝表面相对较为光滑,焊缝内部存在相互交叠的片层结构和漩涡状结构,焊缝内部未见明显缺陷;与旋转速度1200 r/min,焊接速度10mm/min相比,在焊接旋转速度减小或者焊接速度变大时,由于焊接热输入减小,造成焊缝表面出现沟槽、孔洞等焊接缺陷,同时搅拌针的旋转搅拌作用影响焊缝成形和焊缝内部缺陷的产生。结论选择合适的旋转速度和焊接速度能够获得宏观成形较好和内部缺陷较少的焊缝。     

TIG电弧热丝对铜、钢堆焊的工艺研究

针对某产品铜带焊接工艺,提出了一种电弧热丝方式应用于TIG堆焊铜、钢工艺的研究。电弧热丝可有效预热低电阻率的焊接材料,如铜;传统的电阻热丝只能加热具有高电阻率的焊接材料,如钢。采用电弧热丝系统,热丝电流小于50A时即可有效预热焊丝,与电阻热丝电流400A相当。在相同焊接电流下,能够大大提高焊接熔敷速度;在相同送丝速度下,降低焊接电流,大大降低焊接设备功率。同时证明2种热丝加热方式对钢基体、铜合金的影响相同,特别是对堆焊层铜合金中泛铁量的影响相当。     

316L/S32101异种金属焊接接头的显微组织与力学性能研究

目的 研究乏燃料水池用钢板316L与覆板S32101双相不锈钢的焊接性、接头不同区域显微组织特征及接头与母材之间的性能差异.方法 利用氩弧焊接技术对5 mm厚的316L底板与3 mm厚的S32101覆板以搭接的形式进行焊接,利用金相显微镜、扫描电镜、维氏显微硬度仪和电子万能材料试验机对焊接接头的宏观形貌、显微组织以及力学性能进行研究.结果 316L/S32101焊缝组织主要由铁素体基体、晶界树枝状奥氏体以及晶内细小片状奥氏体所组成;316L侧靠近焊缝处存在一个较窄的熔合区,其组织由奥氏体基体和少许细小分散的铁素体组成,而S32101侧靠近焊缝处组织则由粗大铁素体晶粒和沿晶粒边界分布的若干小块状奥氏体组成.从316L母材区到焊缝区,硬度显著增大,而从焊缝区到S32101母材区,硬度变化很小;焊接接头的抗拉强度高达510 MPa,为两侧316L和S32101母材强度的87.9％和88.6％.结论 在焊接电流为240 A和焊接速度为300 mm/min的条件下,可以通过氩弧焊获得成形良好的搭接接头,且接头的力学性能优异.     

Experimental investigation on the effects of process parameters of GMAW and transient thermal analysis of AISI321 steel

Gas metal arc welding (GMAW) develops an arc by controlling the metal from the wire rod and the input process parameters. The deposited metal forms a weld bead and themechanical properties depend upon the quality of the weld bead. Proper control of the process parameters which affect the bead geometry, the microstructures of the weldments and the mechanical properties like hardness, is necessary. This experimental study aims at developing mathematical models for bead height (HB), bead width (WB) and bead penetration (PB) and investigating the effects of four process parameters
viz: welding voltage, welding speed, wire feed rate and gas flow rate on bead geometry, hardness and microstructure of AISI321 steel with 10 mm thickness. The transient thermal analysis shows temperature and residual stress distributions at different conduction and convection conditions.     

Microstructural analysis of martensitic hard surfacing on low chromium alloy steel

This study focuses on the metallurgical characterization of single and multi-layer martensitic hard surfacing onto non-standardized low-chromium alloy steel with a single buttering layer using an automatic submerged arc welding process as a standard reference. The metallurgical properties of hard surfaced samples are examined using an optical microscope, energy dispersive x-ray spectroscopy, and x-ray diffractometer. Micro-Vickers hardness testing is also conducted to analyze and confirm the metallographic results of hard surfacing. The current study finds that the microstructure of each region is influenced by three key factors: chemical composition, heat input, and dilution. The structural type is determined by the chemical composition of materials, heat input influences the structural characteristics in the heat-affected zone (needle-shape martensite and tempered martensite), and dilution affects the structural characteristics of the hard surfacing layers (martensite with retained austenite). Comparing multi-layer hard surfacing to single-hard surfacing, the hardness values of the heat-affected zone of the multi-layer hard surfacing are greatly reduced, while the hardness values of the hard surfacing layers are raised.     

碳化物特性对Ni3Al基表面强化复合材料组织与性能的影响

将真空常压烧结的方法制得的Cr3C2-Ni-Al和WC-Ni-Al复合焊丝氩弧堆焊于碳钢表面时,利用氩弧物理热和Ni-Al反应热,促使碳化物硬质颗粒与自生成的Ni3Al金属间化合物基体复合.XRD分析表明,在堆焊过程中两种焊丝中的Ni,Al均化合反应生成Ni3Al金属间化合物.微观组织与硬度试验表明,受各自物理特性(密度、熔点)的影响,两种碳化物硬质相在Ni3Al基体中分布均匀程度不同,其强化效果也迥异:WC仍以原始的大颗粒形态偏聚于焊层层间界面处,而起不到弥散强化作用;Cr3C2则发生分解,并反应析出条块状的Cr7C3相,均匀分布于Ni3Al基体中,很好地强化了基体材料.Cr7C3/Ni3Al复合材料的室、高温硬度远高于传统高温耐磨材料stellite合金.该合金有望成为一种新型的高温耐磨表面强化材料.     

铜/钢异种材料等离子弧焊接头显微组织分析

为实现铜/钢异种材料的优质连接,研究了铜/钢焊接接头的显微组织特点及其组成,试验采用LHM-200等离子弧焊系统对紫铜(T2)与不锈钢(304)异种材料进行焊接,然后通过光学金相显微镜及能谱分析仪,观察分析接头显微组织,研究其接头组织结构及组成.研究结果表明:铜/钢异种材料的等离子弧焊焊缝在铜一侧为平直的,而在钢一侧则为半χ型,在铜侧界面形成漩涡状;在焊接接头的形成过程中铜元素的迁移和扩散主要依靠钢液的流动所带动;焊接接头显微组织主要为奥氏体组织,弥散分布着块状和粒状的铜和钢的固溶体组织,和黑色鱼骨状的α相铁素体组织;焊缝区组织主要是以α、γ富铁相和ε富铜相固溶体组织的形式存在.通过实现发现最佳的焊接参数为:保护气流量与离子气流量分别为0.25 L/min和0.75 L/min,焊接电流为65 A,焊接速度为4 mm/s,焊接后的接头抗拉强度能达到174 MPa.     

Hybrid laser/arc welding of thick high-strength steel in different configurations

In this investigation, hybrid laser/arc welding (HLAW) was employed to join 8-mm-thick high-strength quenched and tempered steel (HSQTS) plates in the butt-and T-joint configurations. The influences of welding parameters, such as laser power, welding speed, stand-off distance (SD) between the arc of gas metal arc welding, and the laser heat source on the weld quality and mechanical properties of joints, were studied to obtain non-porous and crack-free fully-penetrated welds. The weld microstructure, crosssection, and mechanical properties were evaluated by an optical microscope, and microhardness and tensile tests. In addition, a finite element model was developed to investigate the thermal history and molten pool geometry of the HLAW process to join the HSQTS. The numerical study demonstrated that the SD had a paramount role in good synergy between the heat sources and the stability of the keyhole. For the butt-joint configuration, the results showed that, at a higher welding speed (35 mm/s) and optimum SD between the arc and laser, a fully-penetrated sound weld could be achieved. A non-porous weld in the T-joint configuration was obtained at a lower welding speed (10 mm/s). Microstructural evaluations indicated that the formation of residual austenite and the continuous network of martensitic structure along the grain boundary through the heat affected zone were the primary reasons of the softening behavior of this area. This was confirmed by the sharp hardness reduction and failure behavior of the tensile coupons in this area.The full text can be downloaded at https://link.springer.com/article/10.1007/s40436-017-0193-6     

Characterisation of dissimilar P91 and P92 steel welds joint

In the present study, dissimilar weld joint was prepared using the P91 and P92 steel plate of 8-mm thickness, using the multi-pass gas tungsten arc (GTA) welding with filler (weld 1) and autogenous tungsten inert gas welding (A-TIG) process (weld 2). Evolution of δ-ferrite patches was studied in weld zone and heat affected zone (HAZ) for both weld 1 and weld 2. Effect of varying post weld heat treatment (PWHT) duration was also studied on δ-ferrite patches and mechanical properties of the dissimilar weld joint. PWHT was carried out at 760°C. For weld 2, weld zone showed poor impact toughness and higher peak hardness as compared to weld 1. After the PWHT, a considerable reduction in hardness was obtained for both weld 1 and weld 2,while impact toughness of weld zone showed a continuous increment with PWHT duration. For weldments characterisation, optical microscope, scanning electron microscope (SEM) and microhardness tester were utilised.     

基于机器学习的薄板等离子弧搭接焊的熔深预测

在等离子弧搭接焊中,搭接焊接头的焊缝熔深是评价焊接质量的关键指标之一,而焊接过程中的热输入信息和熔池图像信息都与焊缝熔深有密切关系。本文通过建立304L不锈钢薄板等离子弧搭接焊数据采集系统,利用LabVIEW实时检测电信息,采用视觉传感技术实时获取薄板等离子弧搭接焊过程中的熔池图像,并通过图像处理方法获得熔池的几何参数信息,结合焊接工艺参数,选择峰值电流、峰值电压、焊接速度、离子气流量、保护气流量、熔池宽度和熔池后端长度作为输入量,焊缝熔深作为输出量,建立了基于支持向量机回归和BP神经网络的熔深预测模型。实验验证表明,采用径向基函数的支持向量机回归模型可以有效地对焊缝熔深进行预测,并具有很好的泛化能力,可为进一步实现在线优化焊接工艺参数提供依据。     

电弧电流对AZ31B/DP980激光诱导电弧焊接接头成形及力学性能的影响

采用激光诱导钨极惰性气体保护(tungsten inert gas, TIG)电弧焊接技术,在未添加任何夹层和镀层的条件下,通过优化工艺,获得了AZ31B镁合金和DP980高强钢高质量搭接焊接头,重点研究TIG电弧电流对焊接接头成形和力学性能的影响规律。结果表明：电弧电流的增大会提高镁合金在高强钢的润湿铺展能力,提升焊缝宽度的同时减小润湿角。镁合金/钢焊接接头的最大拉伸载荷随着电弧电流的增大先升高后降低,接头断裂模式由沿界面断裂转变为沿焊缝断裂。当TIG电流为80 A、激光功率为350 W时,焊接接头最大平均拉伸载荷达到279 N/mm。焊缝宽度和界面层厚度的增大以及激光匙孔的钉扎作用共同提升了镁合金/钢的接头性能。