粉煤灰A-TIG熔池流动行为及焊缝性能分析

采用粉煤灰作为活性剂对Q235钢进行钨极氩弧焊,研究其对熔池流动及焊缝的组织和性能的影响. 对Q235钢焊接后在基体上的铺展面积进行了测试;采用点扫描的方法确定了熔池内部不同位置钨粒子的含量;对焊缝的截面形貌、显微组织和性能进行了观察和测试. 结果表明,焊缝的深宽比增大,显微组织出现细化;熔池的流动方向发生了改变,即熔池流动方向为从边缘向中心流动;焊缝的显微硬度较无活性剂时有所提高,耐磨性及耐蚀性也得到了一定的提高,冲击吸收功增加.     

高硅粉煤灰活性剂对Q235钢液态金属表面张力及TIG焊缝的影响

为了认识高硅粉煤灰对Q235钢液态金属表面张力的影响,以及表面张力变化后对TIG焊缝的形貌、组织和性能的影响规律. 测量了不同温度下有、无高硅粉煤灰的Q235钢液态金属铺展面积,建立了温度与铺展面积间的经验公式;基于同一焊接参数,研究了高硅粉煤灰作为添加的活性剂对焊缝形貌、焊缝组织及接头的硬度的影响. 结果表明,高硅粉煤灰能够显著地降低液态金属的表面张力,增加焊缝的深度,细化焊缝晶粒,提高接头的力学性能.     

表面张力对激光深熔焊熔池流动的影响

为研究激光深熔焊中表面张力对熔池流动行为及熔池形貌的影响,获得活性剂对Q235低碳钢和304L不锈钢焊缝截面形貌的影响规律. 基于有限元计算软件Fluent,计算分析了激光深熔焊时表面张力在改变熔池流动行为中的重要作用. 结果表明,未添加活性剂焊接时,熔池液态金属的表面张力温度系数为负,熔池表面熔融金属以匙孔为中心由内向外流动,焊缝横截面形貌宽且浅. 添加活性剂焊接后,表面张力温度系数为正值,在熔池表面形成了由外向内的反向流动,形成了窄且深的焊缝形貌. 随表面张力温度系数绝对值的增大,表面张力变大,流体流动速度增大.     

添加活性剂对ZA14铝合金钨极氩弧焊接接头性能的影响

为了提高2A14高强铝合金钨极氩弧焊的效率,将粉煤灰、粉煤灰+Ti O2作为活性剂涂敷在试件表面,采用钨极氩弧焊方式进行焊接。研究了粉煤灰、粉煤灰+Ti O2作为活性剂对焊缝深宽比、显微组织和接头的显微硬度的影响。结果表明,粉煤灰、粉煤灰+Ti O2的涂敷均会使焊缝熔宽增加、熔深加大,添加活性剂焊件的焊缝及焊接热影响区硬度高于常规焊接件的。     

不同焊接方法下1MnCrMoNi与Q235异种钢焊接接头的组织和性能研究

采用手工电弧焊(SMAW)和钨极氩弧焊(GTAW),将海洋工程用1MnCrMoNi合金钢与Q235钢进行焊接,研究焊接接头的显微组织、熔合区界面合金元素分布及力学性能。结果表明,GTAW接头Q235热影响区的表层因过热出现魏氏组织,两种接头1MnCrMoNi热影响区粗晶区均有板条马氏体出现,但GTAW接头板条马氏体数量明显较多;GTAW接头1MnCrMoNi侧熔合区界面C、Mo元素严重偏聚;GTAW接头1MnCrMoNi热影响区和焊缝显微硬度高于SMAW接头的,两种接头拉伸性能均与强度较低的Q235母材持平,断裂位置在Q235母材,室温下SMAW接头各区域冲击韧性明显优于GTAW接头的。     

建筑用双金属复合材料Fe/Zn界面组织与断裂行为研究

采用铸造法制备了一种具有片层状结构的Q235钢/Zn抗震复合材料,对复合材料过渡层中的显微组织进行观察,并分析了复合材料在外加载荷作用下显微裂纹的萌生和扩展行为。结果表明,Q235钢/Zn复合材料的过渡层中没有发现明显的显微裂纹等缺陷,带状的过渡层厚度约为45μm,靠近Q235钢基体一侧的过渡层界面较为平整,而靠近Zn基体一侧的过渡层界面呈现出锯齿状;过渡层中的主要物相为Fe_(11)Zn_(40)、FeZn_7、FeZn_(10)和FeZn_(13)相;Q235钢/Zn复合材料的显微裂纹萌生于过渡层界面,在外加载荷作用下逐渐向锌基体侧扩展,并优先使Zn基体发生断裂;纵向拉伸断口形貌中Q235基体断口为韧性断裂,而锌基体和过渡层界面表现为脆性断裂特征。     

A-TIG焊熔池流体流动形态的测试

为了验证A-TIG焊时的熔池流场计算结果,利用自行研制的活性剂FS12对不锈钢A-TIG焊时熔池流体流动变化进行了测试.利用高熔点双薄钨板挡住熔池流体流动的方法试验,对比焊缝中钨板周围钨颗粒的分布,从而对流体流动的方向进行试验验证.试验结果表明:无活性剂时钨颗粒在焊缝中心浓度比较小,而在焊缝边缘浓度比较大,钨板外侧浓度最大.证实了熔池流体流动是从中心流向边缘.有活性剂时的钨颗粒在焊缝边缘浓度比较小,焊缝中心的浓度比较大,而熔池底部浓度最大.证实了熔池流体流动是从边缘流向中心.通过以上试验说明,活性剂的加入改变了熔池流体流动的方向,使用活性剂FS12后强烈的熔池流体向内对流是A-TIG焊时熔深增加的根本原因.     

Q235钢与316不锈钢异种钢焊接接头组织及力学性能的研究

采用手工电弧焊,填充A307焊条,对Q235钢和316不锈钢进行焊接,得到两种钢的焊接接头。利用金相显微镜对焊接接头的不同区域进行显微组织分析,通过扫描电镜能谱仪对焊接接头进行元素扫描,利用维氏硬度计对焊接接头的硬度进行测定。结果表明:在Q235钢和316不锈钢焊接接头中,焊缝组织呈柱状晶生长,在近焊缝一侧Q235钢中产生脱碳层而软化,在近Q235焊缝一侧出现增碳层而硬化,靠近焊缝的Q235钢热影响区出现针状铁素体组织,热影响区晶粒相对较粗大。316不锈钢热影响区和母材区组织均为奥氏体,Q235钢母材区组织为铁素体与珠光体。通过线扫描发现镍、铬元素在焊缝区域分布基本均匀。焊接接头中焊缝区硬度最高,约为195HV,Q235钢的硬度最低,约为121HV。     

基于镍合金中间层的镁/钢异质金属激光-电弧复合胶焊技术

采用激光-TIG电弧复合胶焊技术实现了AZ61镁合金与Q235钢之间的良好连接.重点讨论了激光-TIG复合胶焊的焊缝表面形貌、焊缝区组织及元素分布特征.结果表明,在胶粘剂厚度一定时,焊接热输入是影响焊缝成形的关键因素.胶粘剂在复合热源作用下分解气化并逸出熔池,在一定程度上增强熔池内部液态金属的流动性,促进熔池内部异质金属之间冶金反应和相互混合.通过镍合金层与胶粘剂的综合作用使镁/钢异质材料之间以冶金反应形式连接,提高了镁/钢异质金属连接结构的线载荷,增强了镁/钢异质金属的整体性能.     

40CrNiMo钢与93W4.9Ni2.1Fe钨合金的焊接性能分析

在三种不同焊接速度下,研究了40CrNiMo钢和93W4.9Ni2.1Fe钨合金激光焊接性能的差异。首先,通过对焊接件进行显微硬度测试,评价了其焊接工艺性能。然后,分析了激光焊接速度对焊缝区全貌、钢与焊缝熔合区微观形貌以及焊缝区钨颗粒的影响。结果表明:随着焊接速度的提高,由钢侧热影响区到远离热影响区的母材硬度开始急剧下降;钢侧热影响区中的母材硬度依然较高,但是熔合区和焊缝中的硬度却发生连续降低。此外,焊接速度较慢时,钢与焊缝熔合性能较好,焊缝中钨颗粒与基体的分离程度也较小。     

不锈钢/碳钢TIG焊熔池表面流动行为

为研究异种钢在钨极惰性气体保护焊过程中的熔池表面流动行为,以粒子示踪法为基础,通过激光熔池表面反射的方法,对304不锈钢/Q235碳钢、316L不锈钢/Q235碳钢焊接过程中熔池表面液态金属的流动行为进行了研究,分析了熔池表面示踪粒子的运动趋势,并以此为依据计算了熔池表面液态金属的流动速度.结果表明,在不锈钢/碳钢的TIG焊过程中,熔池表面的液态金属存在从不锈钢侧流向碳钢侧的流动行为.其中,示踪粒子在304不锈钢/Q235碳钢的焊接熔池表面平均流动速度约为25.3 mm/s,在316L不锈钢/Q235碳钢的焊接熔池表面平均流动速度约为21.6 mm/s.     

大跨度钢结构复合板的焊接工艺与性能研究

采用焊条电弧焊+埋弧焊方法对大跨度钢结构Q235/TP304复合板进行了多层多道次焊接试验,研究了复合板焊接接头的显微形貌、显微硬度、力学性能和拉伸断口形貌。结果表明,焊缝截面厚度方向上,中间过渡层的显微硬度明显高于基层Q235焊缝和复层TP304焊缝,且基层Q235焊缝显微硬度要高于复层TP304焊缝;Q235/TP304复合板焊接接头的强度高于TP304和Q235母材的,断裂位置都在母材处;复层TP304和基层Q235的拉伸断口表现出了韧性断裂的特征,过渡层断口表现出准解理断裂特征。     

316L不锈钢焊接接头耐晶间腐蚀试验

根据316L不锈钢的焊接特点,开发了一种钨极氩弧焊背部免充气保护焊接工艺。对焊接接头进行了金相组织、草酸刻蚀试验和晶间腐蚀试验。试验结果表明:316L母材显微组织为纯奥氏体;316L热影响区靠母材一侧的显微组织为粗大的奥氏体晶粒,靠焊缝一侧为奥氏体基体上分布着铁素体;316L根部焊缝的显微组织为奥氏体基体上分布着铁素体。刻蚀试验结果表明:焊缝和热影响区处的刻蚀形貌均是沟槽连成一片。虽然没有通过草酸刻蚀试验,但是所有试样均通过了Cu-CuSO4-硫酸晶间腐蚀试验。因此,钨极氩弧焊背部免充气保护焊接工艺是成功的。     

铝钢异种金属压力钎焊研究

作为汽车轻量化材料中最主要的两类材料,高强度钢板和铝合金组成的钢-铝一体化车身成为轻量化的发展技术路线.本试验用Cu作为中间层,通过压力钎焊对工业纯铝和Q235低碳钢进行了连接.试验研究了工艺参数对接头组织和性能的影响,分析了其接头的显微组织、力学性能和元素分布,确定出了合适的连接工艺参数,并对各连接界面形貌进行了分析.研究表明,室温下接头的拉伸强度和弯曲强度等于或超过基体,焊缝与母材之间没有形成脆性相.     

建筑用Q235钢的表面镀层与耐腐蚀性能研究

采用热浸镀方法在建筑用Q235钢面制备了55Al-43Zn-2Si镀层,研究了表面镀层的显微形貌、物相组成和耐腐蚀性能。结果表明,Q235钢板基材表面镀层较为平整,无明显凹凸,局部区域存在分散的显微凹陷或针孔;经过热浸镀处理后镀层已经覆盖Q235钢表面,表面镀层中只有Al和Zn相,且灰黑色区域是富Al相,灰白色区域为富Zn相;在Q235钢镀层腐蚀时镀层表面灰白色富Zn相优先腐蚀,随后才发生富Al相和化合物相的腐蚀,最终造成腐蚀介质渗漏而造成Q235钢基体的腐蚀破坏。     

交流磁场对铜/钢异种材料电弧焊接头组织性能的影响

以HS201纯铜焊丝为填充金属,对尺寸均为120L×60W×2H mm的T2紫铜板和Q235钢板进行磁场辅助TIG焊接试验,并对焊接接头的宏观形貌、组织结构、抗拉强度、显微硬度及断口形貌进行分析.结果表明:当焊接电流为95 A,焊接速度为95 mm/min,磁场电流为0.4～0.6 A,励磁频率为25～35 Hz时,交流磁场辅助铜钢TIG焊接接头表面成形和力学性能均表现较好,接头的抗拉强度随着磁场电流和励磁频率的增加均呈现先上升后下降的趋势,抗拉强度最高可达223.5 MPa,比无磁场提高了44.5％,熔合区硬度最高可达659 HV0.2,比无磁场时提高了10.2％.TIG焊接接头各区域硬度值排序为:熔合区＞钢侧热影响区＞焊缝区＞钢母材＞铜母材＞铜侧热影响区.添加交流磁场前后,TIG焊接接头断裂区由铜侧热影响区转移至焊缝区,断裂方式均为典型的韧性断裂.添加磁场后,熔合区和焊缝区组织均由(α-Fe)+(ε-Cu)的混合固溶体组成,且焊缝区组织细化,其均匀性明显提高,这主要是交流磁场对熔池的电磁搅拌作用,其搅拌过程为:Fe元素扩散到熔池、熔池顺时针搅拌、熔池逆时针搅拌和熔池凝固.     

热轧镶钢机械刀片的焊缝和母材的组织及性能

研究了热轧焊接镶钢机械刀片的焊缝和母材的组织及性能。结果表明,热轧焊接镶钢经热处理之后,刃钢与刀体已完全冶金结合在一起;合金钢刃钢的显微组织细化均匀,是以最佳的热处理工艺为保证的;Q235钢刀体显微组织复杂,与热轧镶钢工艺和随后的热处理工艺均有关。焊缝剪切强度通常为196~343 MPa,焊缝碳扩散层较深,提高焊缝强度的关键是降低焊线的夹杂和气孔率。依照热轧焊接机理分析认为,提高加热温度和加大压轧变形量都有利于结合面的固相焊接,合理的温度和轧下量不仅是获得优良显微组织的要求,也是降低能源消耗和轧机功率的需要。     

2205双相不锈钢与Q235A异种金属焊接接头的组织与性能

采用钨极氩弧焊(GTAW)打底,焊条电弧焊(SMAW)填充和盖面的焊接方法,分别以ER2209焊丝和E2209焊条作为填充材料对2205双相不锈钢和Q235A异种金属的焊接进行了研究。对获得接头进行拉伸强度和显微硬度测试,发现拉伸试样断裂位于强度相对较低的Q235A母材一侧,在接头区域Q235A母材与焊缝金属交界面处的硬度值较高;金相组织观察显示,在接头的Q235A与焊缝金属侧分别存在脱碳层与增碳层,这是由于焊接过程中碳元素发生迁移的结果;利用扫描电镜观察接头断口形貌,接头呈明显的韧性断裂;对接头焊缝金属区进行X射线衍射相结构组成测定,未发现焊缝金属区中存在有害相析出,表明获得接头的质量良好,完全能够满足实际工程结构的使用要求。     

等离子堆焊Q235电解打壳锤头的组织和性能

采用等离子堆焊技术在Q235铝电解打壳锤头表面堆焊F40合金粉末熔覆层。利用扫描电镜、能谱仪和显微硬度计等分析等离子堆焊层的微观组织、微区成分和硬度分布。利用磨擦磨损仪对试样进行耐磨性测试,通过恒电位法评估堆焊层和基体的耐蚀性能。结果表明,堆焊层与基体形成了良好的冶金结合,堆焊层为典型的柱状晶组织。等离子堆焊层平均显微硬度为444HV0.1,为基体的2倍;耐磨性为基体的1.6倍;腐蚀速率Rcorr为3.524×10-4 mm/a,为基体的1/(4.2×104)。等离子堆焊后Q235钢材料的耐磨性、硬度和耐腐蚀性均有显著提高,有望提高电解铝打壳锤头的耐磨耐蚀性能。     

氩弧熔敷原位合成ZrC-TiB2增强铁基涂层的组织与性能

为提高Q235低碳钢的耐磨性能,以Zr粉、Ti粉、B_4C粉和Fe粉为原料,采用氩弧熔敷技术在Q235钢表面制备了ZrC-TiB_2和ZrC-TiB_2-ZrB_2增强铁基复合涂层。利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、电子探针(EPMA)、能谱仪(EDS)、显微硬度计和摩擦磨损试验机对复合涂层的显微组织和性能进行分析。结果表明:在Q235钢表面成功制备出ZrC-TiB_2和ZrC-TiB_2-ZrB_2两种复合涂层,涂层与基体呈现良好的冶金结合。当Zr∶Ti∶B_4C的摩尔比为1∶2∶1时,熔敷层中的增强相主要为ZrC-TiB_2;当Zr∶Ti∶B_4C的摩尔比为2∶1∶1时,熔敷层中的增强相主要为ZrC-TiB_2-ZrB_2,增强相呈针状和块状分布于基体中。相比Q235钢基体,复合涂层的显微硬度明显提高,摩擦因数明显降低,磨损失重减小,具有优异的耐磨性能。