超高强钢低匹配焊接接头熔合区组织特征及断裂行为研究

对超高强钢采用了低匹配的奥氏体焊接材料进行了焊接。采用光学显微镜、扫描电镜等手段对该接头熔合区的组织进行了分析,通过原位拉伸分析手段对熔合区的局部断裂行为进行了研究。结果表明,焊接接头熔合区的化学成分不均匀,在靠近熔合线处形成了宽度不等的"富奥氏体带",最高硬度位于富奥氏体带。原位拉伸试样均在最大载荷前起裂,裂纹起裂和扩展伴随着大量的塑性变形,断裂位置最后均位于较软的奥氏体焊缝侧,其主要断裂机制为延性断裂。     

C-Mn-Ti-B超高强度钢焊接熔合区的形成过程及其组织转变

研究了C—Mn—Ti—B超高强度钢焊接熔合区及其组织转变，发现焊接接头的最高硬度位于熔合区和富奥氏体带，而不是通常所认为的淬火区；富奥氏体带的化学成分及浓度接近于焊缝金属中的成分与浓度。考虑焊接接头所经受的热循环、元素扩散以及室温下焊接接头的组织、成分变化，提出了一种新的富奥氏体带形成机制并建立了熔合区的过程模型。该模型认为：焊接热作用下的焊接接头可划分为三个特征区域：熔化区、固液共存区和固相区；在冷却过程中，熔化区转变为富奥氏体带和焊缝混合区(α γ组织)；固液共存区转变为熔合区；固相区转变为通常意义下的纯热影响区和未发生变化的基体。根据此模型，成功地解释了熔合区类马氏体组织和含碳硼化物(Cr、Fe)23；(C、B)6的转变机理。     

2.25Cr-1Mo/奥氏体不锈钢堆焊接头熔合区碳的迁移及成分分析

异种钢焊接接头在焊接时或使用期间，发生失效的主要区域通常在熔合区。长期以来，异种钢接头熔合区一直是焊接工作者研究的重点。虽然国内外对异种钢接头的熔合区进行了大量的研究，但仍然有许多问题尚需进一步研究，尤其是基体为铸造组织的铸钢堆焊奥氏体不锈钢，其基体组织和成分的不均匀性也会对熔合区组织产生不利的影响。在此对在2.25Cr-1Mo钢上堆焊奥氏体不锈钢的焊接性试验的基础上，重点研究了堆焊接头熔合区碳的迁移及其成分分析，为正确指导大型汽轮机高压模块申分面堆焊以及类似产品焊接生产提供了理论依据。     

低碳钢与不锈钢焊接接头弯曲性能的分析

通过对Q235-B和316L异种钢I形和Y形坡口埋弧焊对接接头Q235-B一侧熔合区显微组织和元素分布及显微硬度的观测和分析,指出了在碳素结构钢与不锈钢异种金属的焊接接头中,碳素结构钢一侧出现硬而脆的熔合区;提出了减小熔合区的宽度是提高异种钢焊接接头抗弯曲性能的关键.此外研究了不同焊接工艺对焊接接头抗弯曲性能的影响机制,采用小尺寸的Y形坡口和使用含镍量高的焊丝,既有效地减小了熔合区的宽度,提高了异种钢焊接接头的抗弯曲性能,避免在对接接头双面埋弧焊时发生烧穿焊接缺陷.     

奥氏体钢-45钢焊缝组织的透射电镜原位观察

本文利用透射电镜技术,对奥氏体Cr18Ni13-45钢焊缝组织进行了“原位”直接取样观察。观察到从焊缝金属区、熔合区到热影响区的连续的组织变化,并对其组织结构、成分进行了分析和讨论。发现并初步研究了熔合区中特殊的组织形态-类珠光体和异相界面。对照金相的异种钢焊接接头特征区域划分,给出了相应的TEM特征组织。     

超窄间隙焊接Q235/1Cr18Ni9Ti异种钢接头组织及力学性能

超窄间隙焊接厚壁异种钢具有高效、低成本、接头力学性能优良的独特优势.文中研究了Q235/1Cr18Ni9Ti异种钢超窄间隙焊接接头的微观组织及力学性能.结果表明,打底焊的熔池以FA模式凝固,凝固组织为细小的奥氏体等轴晶及少量枝晶状铁素体.填充焊和盖面焊在靠近熔合过渡区的熔池区域以AF模式凝固,凝固组织为奥氏体胞状晶及胞状晶间铁素体,在远离熔合过渡区的熔池区域则以FA模式凝固,凝固组织为奥氏体柱状树枝晶及少量骨架状铁素体.异种钢超窄间隙焊接接头的抗拉强度和弯曲性能优良,Q235一侧HAZ未出现软化,熔合过渡区及其一侧HAZ的韧性优于焊缝区.     

铁素体与奥氏体异种钢焊接接头表面开口裂纹的电磁检测

为了研究电磁检测技术检测铁素体与奥氏体异种钢焊接接头表面开口裂纹的能力,制作了Q235R与S30408异种钢横向刻槽对比试样和纵向刻槽对比试样,开展了涡流阵列检测和交流电磁场检测试验。结果表明:涡流阵列检测技术能够检测异种钢焊接接头的横向裂纹和远离铁素体与奥氏体熔合线处的纵向裂纹,但无法检出熔合线处的纵向裂纹;交流电磁场检测技术能够检测熔合线处的纵向裂纹,但无法检测出远离铁素体材料的纵向刻槽;涡流阵列检测技术与交流电磁场检测技术的组合,可以解决铁素体与奥氏体焊接接头的表面开口裂纹的检测问题。     

中碳合金钢的异种钢焊缝焊接工艺及焊接材料

本文介绍了异种钢焊缝焊接工艺特征及对钢焊接性的影响,探讨了中碳合金钢的异种钢焊缝焊接材料的选择及影响因素,评述了中碳合金钢异种钢焊缝焊接工艺的应用。结果表明,中碳合金钢的异种钢焊缝组织特征,与同质焊缝有很大的不同,底层焊缝熔合区的显微组织最复杂,不同的工艺方案对底层焊缝熔合区裂纹的影响迥异,异种钢焊缝对焊接HAZ组织遗传现象不太敏感。底层焊缝材料的选用,应当考虑抗裂性、焊缝金属的热膨胀系数,以及焊缝不形成全奥氏体或马氏体组织,填充材料选用高强、高韧性低匹配型同质焊材,工艺条件的变化可以明显改善接头焊接性。异种钢焊缝焊接材料和工艺方案（工件预热150℃＋焊后缓冷）,在掘进机滚筒结构应用,各项性能指标符合技术要求,产品井下运行报告显示,其使用寿命超过日本同类产品。     

异种钢焊缝中熔合区裂纹与低氢工艺的关系

采用斜Y形缺口裂纹等试验方法,探讨了异种钢焊缝中熔合区裂纹与低氢工艺的关系。结果表明,在奥氏体与非奥氏体异种钢焊缝中,发现了一种沿熔合线分布的氢致冷裂纹。当冷裂纹的三要素集中于异种钢焊缝熔合区时,该区域则成为接头的薄弱环节,极易形成裂纹。在影响因素中,熔合区组织特性是裂纹产生的必要条件,应力水平和氢的分布特征则是充分条件。低氢工艺的选用原则即"合于使用"原则。焊接工艺与裂纹之关系,实质上反映的是焊缝中氢和应力与裂纹间的关系。     

异种钢焊接接头失效机制的研究进展

由于异种钢理化特性的差异,在焊接过程中导致焊接接头的界面分布和裂纹失效机理与同种钢有所不同。文中从异种钢焊接接头的失效机制入手,介绍碳迁移导致熔合区出现软化和脆化现象,分析在焊接过程中导致其力学性能降低的本质原因,详细解释Type-II晶界和“白亮层”的形成机理,分析在高应力水平下异种钢焊接裂纹的形成机理和抑制措施。通过对异种钢焊接接头失效的本质原因进行系统性论述,为异种钢焊接失效机制的深入研究和工程应用提供理论指导,并提出针对异种钢焊接接头常见失效问题的解决方案。 创新点： (1)从焊缝过渡区域的特性着手,分析异种钢焊接接头失效机制的研究进展,提出抑制过渡区域中Type-II晶界的形成、缩小“白亮层”的宽度是提高焊接接头性能的关键措施。通过整理前人对异种钢焊接过程中的碳迁移过程的定量研究,明确了由于碳迁移造成的异种钢焊接接头软化和脆化机理。(2)提出基于精确施加冷源从而定量控制焊接热应力和残余应力的分布情况,是可能改善异种钢焊接裂纹失效问题的有效措施。     

Relationship between microstructures and mechanical properties of resistance spot welded joint of spring steel

0IntroductionSpring steel(65Mn,60Si2Mn) has a high carbon e-quivalent (Ceq≈0.9) and strong hardening capacity. Inresistance spot welding process, the cooling rate of nuggetand heat-affected zone is quite rapid (about 104 -105℃/ s),and martensite which has high hardness forms atthe spot welded joint. Martensite structure, which is hardand brittle, makes mechanical properties of the resistancespot welded joint of spring steels greatly decline. There-fore, the weldability of resistance spot w…     

材料微结构-性能关系的"原位跟踪"观测技术与应用

在材料研究中"原位"测试技术占有非常重要的地位,它能将材料的组织形貌、化学成分和晶体结构等微结构与材料的性能和加工过程等一一地对应起来,从而获得更加真实反映材料组织与性能之间关系的试验结果。然而"原位"测试大多需要特殊并且昂贵的试验装置与设备,如电镜中配置的加热与拉伸样品台、环境扫描电镜等。实际上许多研究过程还很难进行"原位"观察。经过多年大量的实践,提出一种基于扫描电镜新的"原位跟踪"观察和测量技术。与传统的"原位"分析不同,在"原位跟踪"观测过程中,材料样品的处理过程是在扫描电镜外进行的。利用该技术研究了焊接熔合区的腐蚀和碳迁移过程,以及不锈钢材料在高温下的回复与再结晶。试验表明采用"原位跟踪"技术可获得与"原位"观测相同的效果。     

热处理工艺对M390/304 CMT焊接接头微观组织及力学性能的影响

基于改善M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢焊接接头的力学性能特别是提高焊接接头硬度,以达到高端刀具生产的要求,对冷金属过渡焊接M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢获得的焊接接头进行不同工艺的热处理研究.采用拉伸、维氏显微硬度测试及扫描电镜(SEM)表征不同热处理工艺的焊接接头力学性能及微观组织演变,统计了不同热处理工艺下焊接接头中M390母材、M390细晶区和M390粗晶区等区域的碳化物分布,研究了不同热处理工艺下焊接接头的断裂机理.研究结果表明,在1 150℃水淬热处理工艺下焊接接头既满足刀具钢硬度的要求,又具有良好的力学性能,可以作为M390/304焊接接头的最佳热处理工艺,对应焊接接头的抗拉强度和断后伸长率为502 MPa和20.8%,抗拉强度和断后伸长率分别是焊态的98%和95%. 1 150℃水淬热处理工艺的M390母材、细晶区和粗晶区中碳化物平均尺寸最小,碳化物形貌以细小的块状均匀分布.淬火温度升高,抗拉强度和断后伸长率均呈现出先下降后升高的趋势,随着冷却速度的减小,抗拉强度和断后伸长率均呈现出下降的趋势.不同热处理工艺下焊接接头的断裂位置在M390粗晶区...     

含铝低合金钢熔合区“铁素体带”问题

含铝低合金钢熔合区“铁索体带”问题。是含铝低合金钢焊接研究工作中的共性问题。作者研究了铁素体带的形成特点。在焊接以后。于熔合线靠含铝低合金钢一侧产生的铁素体带与接头两侧化学成份差异,尤其是与由成份所决定的高温晶体结构的差异有关。高温时的碳活度差是形成铁素体带的主要条件。焊接高温及延续时间为碳扩散的动力学条件。铁素体带使焊接接头的韧性、高温强度、应力腐蚀和电化学腐蚀等性能均有所降低。为减少或消除铁素体带产生,主要从热力学方面考虑,力求缩小高温时碳活度差异,通过调整化学成份,或由此减小母材与焊缝的临界转变温度A_3点的差异。含铝低合金钢焊接时,在熔合区产生铁素体带的现象与异种钢焊接(碳钢、钼钢、铬钼钢之间的焊接以及铬钼钢与奥氏体不锈钢之间的焊接)产生的碳迁移现象在本质上是一致的,都遵循碳活度降低的原理。由于母材中所含元素种类不同,焊接接头呈现脱碳、增碳现象有所差异。含非碳化物形成元素为主的含铝低合金钢焊接时,碳迁移的特征在于产生明显的铁素体带。     

Study on gas metal arc welding procedure of stainless steel

Summary

This paper describes an investigation of the creep rupture properties of welded joints produced from W-containing 9Cr-Mo-W steel. The creep rupture properties of the HAZ are also studied using simulated HAZ specimens subjected to PWHT (post-weld heat treatment). The effect of W on the creep rupture strength of the welded joints is examined.

Creep rupture tests of GTA (TIG) welded joints are conducted. The longest creep rupture time is around 20 000 hours. In the creep rupture tests, the welded joints rupture in the base metal at higher applied stresses, rupturing in the low-ductility fine-grained HAZ adjacent to the base metal at lower applied stresses.

When the welded joints rupture in the base metal, their creep rupture strength is as high as that of the base metal. When the welded joints rupture in the HAZ, however, their creep rupture strength is lower than that of the base metal. The cracking which occurs in the HAZ is TYPE IV cracking which tends to affect the welded joints of ferritic heat-resistant steel. TYPE IV cracking is the type which occurs in the fine-grained HAZ at a lower stress than the creep rupture strength of the base metal without being associated with any heavy deformation.

In the creep rupture tests, the simulated HAZ specimens heated to a temperature around Ac1 and Ac3 give a lower creep rupture strength than that of the base metal. The simulated HAZ specimens heated to the Ac3 temperature give the lowest creep rupture strength.

A comparison of the creep rupture strengths of welded joints produced from 9Cr-Mo-W steel and 9Cr-1 Mo-Nb-V (mod. 9Cr-Mo) steel suggests that W improves the creep rupture strength of both welded joints and base metal.     

Fatigue properties of welded joints using steel with high resistance to fatigue crack growth

It has been generally recognized that the fatigue life of welded joints is little influenced by the strength of steels owing to the high-stress concentration and the tensile residual stress near the weld toe. In this paper, improvement of the fatigue life of welded joints using steel with high resistance to fatigue crack growth (ferrite/martensite (F/M) steel) is investigated. F/M steel has a microstructure with an elongated and banded martensite phase distributed in a ferrite matrix and a fatigue crack growth rate of about one-half to one-tenth in the thickness direction, compared with conventional steel. As a result, the fatigue life of an out-of-surface gusset-welded joint increases with the decrease of the fatigue crack growth rate. The fatigue life of welded joints using F/M steel with the highest resistance to fatigue crack growth increases to about twice that of joints using conventional steel. Whereas the fatigue crack growth rate decreases significantly, the fatigue life of welded joints increases only slightly. This can be attributed to the stress ratio independent of the fatigue crack growth rate. In other words, the fatigue crack growth rate of F/M steel increases with the increase of the stress ratio, approaching that of conventional steel. In the case of welded joints, even if a fatigue test is carried out at a low-stress ratio, the region near the weld toe is under a high-stress ratio due to tensile residual stress. Therefore, improvement of the fatigue life of welded joints becomes comparatively small so that the effect of fatigue crack retardation of F/M steel decreases.     

含孔洞缺陷焊接接头放电强化及疲劳寿命分析

针对焊接接头中存在的孔洞等形式的缺陷,利用自制的ZL-2型超强脉冲放电装置对含孔洞缺陷的9CrSi合金工具钢焊接接头进行了电磁热强化试验,并在自制的疲劳试验机上对放电前后焊接接头的疲劳寿命进行了对比分析,从理论上计算了含孔洞缺陷焊接接头放电瞬间的综合应力强度因子.结果表明,放电电压对疲劳寿命的影响存在最优值,在5.5 kV脉冲放电电压作用下,放电后的焊接接头平均疲劳寿命比放电前提高了10%以上,理论计算的电热应力强度因子为负值,削弱了裂纹扩展的驱动力,进而延长了试件的疲劳寿命.     

中国低活马氏体钢熔化焊接头硬度与微观组织

针对4 mm厚的中国低活马氏体钢,采用TIG焊接方法分别对预热和未预热两组试样进行了焊接和焊后回火处理,对焊接接头的硬度和微观组织结构进行了测试和观察.结果表明,焊缝区硬度值偏高,靠近母材的热影响区出现较窄的软化带;焊接接头金相组织为板条特征明显的回火马氏体组织,未预热试样的马氏体含量与预热试样相比较,两者之间没有明显的差异.在晶内和晶界处分布大量的碳化物,焊缝区为尺寸较小的棒状,母材和热影响区为尺寸较大的颗粒状,接头的组织和碳化物的析出对焊接接头的硬度有很大的影响.

Abstract：

The preheated and non-preheated 4 man China low activation martensitic steel (CLAM) plate were welded by TIG welding and post-weld heat treating, and the hardness and micrcstructure in welded joint were tested and observed. The results show that the hardness in the weld metal is higher and the softening band in the heat-affected zone (HAZ) closing to the base metal. The tempered lath martensite is observed in welded joints. There is no significant difference in martensite content between the preheated and non preheated weldments. A large amount of carbide particles are observed in the grains and at the grain boundary. The carbides are small rods in weld metal and large granular in the HAZ and base metal respectively. The mierostrueture and carbides in welded joints have great effect on the hardness.     

应变时效对高应变管线钢焊接接头断裂韧性的影响

为探究应变时效对高应变管线钢焊接接头的影响,对应变时效前后高应变管线钢焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究. 通过硬度测试、断裂韧性试验、数字图像相关(DIC)应变测试方法探究了应变时效处理前后高应变管线钢焊接接头的力学性能特点. 并基于光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射技术(EBSD)及X射线衍射技术分析了应变时效处理前后焊接接头的微观组织及亚结构特点. 结果表明,应变时效处理后,焊接接头的显微组织未发生明显变化,但内部微裂纹数量增多,焊接接头断裂韧性呈下降趋势,且下降幅度随预应变程度的增大而增大. 分析发现,位错密度增大,应变集中程度伴随几何必要位错密度的升高是导致焊接接头塑性变形能力下降,断裂韧性恶化的重要原因.