镀层金属对钒合金与不锈钢电子束焊接头组织与性能的影响

采用高真空电子束阻隔熔化连接异种金属V-5Cr-5Ti钒合金和HR-2不锈钢,通过焊缝成型、微观组织和接头性能的对比分析,研究不同镀层金属(Au、Ag、Cr和Ni)的影响。结果表明:通过电子束流的偏移均可实现V-5Cr-5Ti/Au(Ag、Cr、Ni)/HR-2异种金属的连接,接头平滑过渡,焊缝正反面成型良好;V-5Cr-5Ti与熔化区的界面较为平直,在靠近钒合金一侧形成一个明显的镀层金属富集带;熔化区内部晶粒细小均匀,在靠近HR-2处形成取向明显的树枝晶。Au和Ag起到了很好的阻隔作用,V-5Cr-5Ti/HR-2接头的抗拉强度明显增加,达到400 MPa,X射线探伤未发现裂纹和气孔缺陷;镀层金属为Cr、Ni时,接头抗拉强度低于100 MPa。     

铬青铜与双相不锈钢电子束熔钎焊接头形成机制

采用光学金相、能谱分析及电子探针元素分析方法对QCr0.8／1Cr21Ni5Ti电子束熔钎焊接接头的组织结构进行了研究。研究结果表明,铬青铜与双相不锈钢电子束熔钎焊接头的焊缝组织为宏观均匀的Fe在Cu中的过饱和固溶体相,熔钎界面上部形成了与焊缝及钢侧母材连结良好的一薄的α ε相熔合过渡层,下部为钎合面。给出了铜钢异种材料电子束熔钎接头形成的结构和热作用条件,并基于组织结构分析和电子束焊接的特点,建立了QCr0．8／1Cr21Ni5Ti电子束熔钎焊接接头形成的物理模型,探讨了其形成机制。分析认为,QCr0．8／1Cr21Ni5Ti电子束熔钎焊接头组织结构的形成是由匙孔形熔池形成阶段、熔合过渡层形成阶段、钎缝形成阶段及最终组织形成阶段组成。     

复合阻隔镀层对钒合金与不锈钢电子束焊接头组织与性能的影响

钒基合金被公认为是理想的聚变反应堆结构材料,为了更有效和经济地利用钒基合金,需要将钒合金与不锈钢进行连接。通过电镀Ni+Au作为复合中间层,采用电子束阻隔熔化焊方法来实现V-5Cr-5Ti钒合金与HR-2不锈钢之间的连接。结果表明:电子束流偏向钒合金一侧焊接得到的钒合金与不锈钢接头界面将产生贯穿性裂纹,直接导致焊接失败。电子束流偏向不锈钢一侧,电镀Ni+Au作为界面阻隔层,很好地抑制了V/Fe界面的金属间化合物的产生,显著提高了接头性能,接头抗拉强度最高达到430 MPa。电子束阻隔熔化焊得到的钒合金/不锈钢异种金属焊接接头焊缝正反面成形良好,X射线探伤未发现裂纹和气孔缺陷。     

束流偏移对钒合金与不锈钢电子束阻隔熔化焊接头性能的影响

以金作为中间层采用电子束阻隔熔化焊方法来实现V-5Cr-5Ti钒合金与HR-2不锈钢之间的连接,研究电子束流的偏移对接头性能的影响.结果表明,不偏移电子束流(偏移距离d=0)焊接得到的钒合金与不锈钢接头界面将产生贯穿性裂纹,直接导致焊接失败.通过电子束流的偏移(偏移距离d等于束斑半径)一定程度降低了结合界面金属间化合物的产生,实现了钒合金与不锈钢的冶金结合.金作为中间层添加元素,很好地抑制了V/Fe界面的金属间化合物的产生,显著提高了接头性能,接头抗拉强度超过380 MPa.钒合金/不锈钢异种金属焊接接头焊缝正反面成形良好,X射线探伤未发现裂纹和气孔缺陷.     

采用不同结构Cu/V填充层的钛合金/不锈钢电子束焊接试验

对采用不同结构Cu/V填充层的钛合金与不锈钢电子束焊接头横截面形貌、微观组织及力学性能进行了分析.结果表明,采用片层结构的Cu/V填充层进行焊接时,焊缝组织由钒基固溶体、铜基固溶体及铁基固溶体组成,但由于焊缝底部有钢层未熔,形成未熔合缺陷,接头强度为288 MPa.采用楔形结构的Cu/V填充层,在保持接头固溶体过渡组织结构特征的同时,消除了未熔合缺陷,接头抗拉强度达到385 MPa.未熔钒层为接头力学性能薄弱区域,不同结构填充层的焊接接头断裂均发生于未熔钒层处.     

铬青铜与双相不锈钢电子束焊接头组织及形成

对QCr0.8与1Cr21Ni5Ti的2 mm厚平板试件进行了等厚对中电子束焊接;采用光学显微镜、扫描电镜能谱分析方法对接头区显微组织及成分进行了研究,确定了显微组织构成;根据电子束焊接的特点,建立了QCr0.8与1Cr21Ni5Ti等厚对中电子束焊接接头形成的物理模型,并对接头不均匀组织的形成机制进行了探讨.结果表明:QCr0.8/1Cr21Ni5Ti等厚对中电子束焊接接头显微组织形貌为组织及化学成分极不均匀的Cu(Fe) (α ε)的铸态混合组织,其宏观组织可分为3个区域:显微组织结构相同,均为以Cu(Fe)为主,内有一定数量不均匀弥散分布的α ε相混合组织的焊缝左上部组织区及焊缝底部组织区;以α ε相为主,内有少量弥散分布的Cu(Fe)颗粒混合组织的焊缝中部组织区;接头组织的形成是由接头金属熔化及匙孔形成阶段,接头凝固的初期阶段(析出γ ε相,并形成3个区域),接头凝固的中期阶段(γ ε相结晶完成),接头凝固的后期阶段(形成Cu(Fe)相,焊缝完全变为固态),接头凝固的最终阶段(元素扩散及γ→α相变,形成最终组织)联合作用的结果.     

基于Ti中间层的SiCp/6061-T6Al MMCs低功率激光-TIG复合焊组织与性能

以0.1mm厚的Ti箔做中间夹层,使用低功率激光-TIG复合焊的方式对SiCp/6061-T6Al MMCs 进行焊接,并对接头的宏观形貌、显微组织、物相、电阻率、抗拉强度及断口形貌进行分析。结果表明：激光功率对焊缝的成形有着较大影响;Ti箔的加入基本抑制了焊缝中针状Al₄C₃生成,并生成TiC增强相以及条状TiAl₃;焊缝区为等轴晶组织,熔合区为柱状晶组织,热影响区组织变化不明显;随着激光功率的增加接头的电阻率呈现出增加的趋势,并明显高于母材;在554W时接头的抗拉强度可达196.98MPa,是母材强度的54.71%。接头断口中几乎没有气孔,韧窝中的第二相粒子以TiC为主,接头呈现出以脆性断裂为主的脆-韧性混合断裂特征。     

钛基钎料高温钎焊TZM界面行为及热稳定性研究

采用Ti-8.5Si、Ti-33Cr和Ti-30V-3Mo钎料实现了钛锆钼(TZM)合金的高温真空钎焊连接,借助SEM、EDS及润湿性试验和抗剪试验等分析试验方法,研究了钛基钎料高温钎焊TZM及钎焊接头经高温热循环后的热稳定性。结果表明,Ti-8.5Si、Ti-33Cr在1520℃/6min的工艺条件下良好润湿TZM,润湿角分别为10°和9°,Ti-8.5Si钎料的铺展面积大于Ti-33Cr钎料的铺展面积,Ti-30V-3Mo钎料在1680℃/8min的条件下在TZM板上的润湿角为5°。Ti-8.5Si/TZM接头界面形成(Ti,Mo)固溶体,钎缝中心由(Ti,Mo)固溶体和Ti₅Si₃相组成。Ti-33Cr/TZM接头界面形成(Ti,Mo)固溶体,钎缝中心由(βTi,Cr)固溶体和αTi+(αTi+αTiCr₂)共晶组成。Ti-30V-3Mo/TZM接头,钎缝区主要由(βTi,V)固溶体和αTi组成,界面区由Ti与Mo形成(Ti,Mo)固溶体。三种钎料钎焊TZM,均形成固溶体钎焊接头而实现钎料与TZM的冶金结合,钎焊接头强度分别为135.8MPa(Ti-8.5Si)、132MPa(Ti-33Cr)和131MPa(Ti-30V-3Mo)。Ti-8.5Si/TZM、Ti-33Cr/TZM接头经过1200℃/60min没有观察到明显的晶间渗入和母材溶蚀,界面固溶体结合形式无变化。Ti-30V-3Mo/TZM接头经过1550℃/60min热循环后,观察到1个晶粒深度的晶间腐蚀,没有明显的母材溶蚀现象,且界面依然保持固溶体结合形式。三种钛基钎料可实现TZM的高温钎焊,依靠界面固溶体实现冶金结合,经高温长时间热循环后钎焊接头组织性能稳定,发生晶间渗入敏感性低,为TZM的高温应用连接提供理论与试验指导。     

添加QCr0.8阻隔层的钛/钢电子束焊接接头组织与性能

采用1.5 mm厚QCr0.8铬青铜作为阻隔层进行了TA15钛合金与304不锈钢的电子束焊接,重点分析了焊接接头的横截面形貌、微观组织和力学性能。结果表明,焊缝中存在约0.5 mm宽的未熔QCr0.8阻隔层,实现了Ti元素与Fe元素的物理隔离,避免了Ti-Fe化合物的形成。铜/钢侧焊缝由铜基固溶体与铁基固溶体组成。而钛/铜侧焊缝中V元素的加入很好地抑制了Ti-Cu界面化合物的大量生成,焊缝组织由铜基固溶体、(Ti,V)基固溶体及少量Ti-Cu化合物组成,提高了该区域的强度和塑性。未熔铜阻隔层在热作用下发生软化,接头拉伸断裂发生在未熔的QCr0.8上,接头抗拉强度为293 MPa,为塑性断裂模式。     

5A06的焊接工艺与性能

采用电子束工艺焊接5A06铝合金,对获得的焊接接头进行了焊缝外观检查、无损检测和显微硬度测试以及X射线衍射分析,分析焊缝区、母材的显微组织和接头性能。结果表明,采用焊接工艺参数(加速电压40 k V、聚焦电流245.8 m A、电子束流38 m A、焊接速度77 mm/min;带扫描)焊接的整批产品,经过X射线探伤,焊缝内部无裂纹、夹渣,无气孔缺陷,焊缝中Mg烧损较小,焊接接头中焊缝区硬度较母材降低。另外在焊接接头中焊缝区和母材的相组成基本相同,但是焊缝中Al和Al Fe3相组成明显增多。焊缝外观、内部质量、熔深均满足产品的使用要求。     

冷金属过渡搭接焊镁铝异种金属接头组织及性能

采用冷金属过渡（CMT）焊接工艺,以HS201铜焊丝作为焊缝填充金属对AZ3l镁合金和6061铝合金进行搭接焊接．测试了接头的抗剪强度和显微硬度,并利用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、能谱（EDS）对接头的组织成分及断口形貌进行了分析．结果表明,当焊接电流为109A,电弧电压10．9V,送丝速度4．9mm／s,...     

Microstructures and Mechanical Properties of Electron Beam-Welded Titanium-Steel Joints with Vanadium,Nickel, Copper and Silver Filler Metals

Electron beam welding experiments of titanium alloy to stainless steel with V, Ni, Cu and Ag filler metals were carried out. The interfacial microstructures of the joints were examined by optical microscopy, scanning electron microscopy, and x-ray diffraction analysis. Mechanical properties of the joints were evaluated according to tensile strength and microhardness. The results showed that all the filler metals were helpful to restrain the Ti-Fe intermetallics formed in the Ti/Fe joint. The welds with different filler metals were all characterized by solid solution and interfacial intermetallics. And the type of solid solution and interfacial intermetallics were depended on the metallurgical reactions between the filler metals and base metals. The interfacial intermetallics were Fe₂Ti + Ni₃Ti + NiTi₂, TiFe, Ti₂Ag, and Cu₂Ti + CuTi + CuTi₂ in the joints welded with Ni, V, Ag, and Cu filler metals, respectively. The tensile strengths of the joints were primarily determined by the hardness of the interfacial intermetallics. The highest tensile strength was obtained in the joint welded with silver filler metal, which is about 310 MPa.     

铝/钢微束等离子熔钎焊接头组织及力学性能

采用微束等离子焊接方法进行6010铝合金/镀锌钢对接熔钎焊工艺试验,在合适的工艺参数下获得成形良好的铝/钢熔钎焊对接接头,采用金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、拉伸试验机等多种测试手段对所得接头形貌、微观组织及力学性能进行分析. 结果表明,所得接头焊缝正、背面铺展良好,无气孔、裂纹、夹渣等明显缺陷,为典型的铝/钢熔钎焊对接接头;接头界面处形成锯齿状的Fe₂Al₅金属间化合物,且金属间化合物层厚度和焊缝铺展宽度共同决定了接头强度,当焊接电流为38.5 A时,熔钎焊接头抗拉强度为193 MPa,为铝母材的79.8%,接头断裂形式为韧脆混合断裂.     

7A52铝合金-钢异种结构CMT熔钎焊接头组织及镀镍层的行为与影响

以ER4043铝硅焊丝为填充金属,研究了Q235钢螺柱与7A52铝合金板CMT焊接工艺,在焊接电流115~135 A,电弧电压14.5~16.5 V,焊接速度0.3 m/min条件下,焊接过程稳定,焊缝成形连续美观.结果表明,7A52铝合金侧熔合区界面为熔焊特征,铝母材发生熔合,熔合良好;钢螺柱侧熔合区为钎焊特征,界面存在反应层,由靠近钢螺柱的Fe₂Al₅层和靠近焊缝侧的FeAl₃层组成,整体反应层厚度由根趾向焊趾方向逐渐减小.焊趾部位出现富镍区,主要由Al₃Ni的共晶组织及少量Al₃Ni₂组成.与无镀镍层焊缝比较表明,镀镍层在焊接过程的行为降低了界面反应层厚度,且通过形成富镍区,降低了接头的脆性,使接头抗剪切强度提高了15%~19%,最高达到146.9 MPa,满足了高强铝合金螺柱焊接的质量要求.     

Interface properties and thermodynamic analysis of laser–arc hybrid welded Al/steel joint

Abstract

Fibre laser–cold metal transfer hybrid welding was introduced to join AA 6061 aluminium alloy with AISI 304 stainless steel using Al–12Si filler wire. Interface properties and microstructure of welded joints were observed by optical microscope, scanning electron microscope, energy dispersive spectrometry and X-ray diffraction techniques. A serrated intermetallic compound (IMC) layer was found at the interface between fusion zone and stainless steel. The morphology of IMC layer was uniform from the top to the bottom, and its average thickness was 3 μm. The IMC layer consisted of two layers: Al₈(Fe,Cr)₂Si layer close to fusion zone and (Al,Si)₁₃Fe₄ layer close to stainless steel. The joint fractured at the IMC layer and presented a tensile strength of 165 MPa. The formation of the IMC layer was closely related with the thermodynamic and kinetic behaviours of the interface and fast cooling rate of hybrid welding.     

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.     

Causes and control of welding cracks in electron-beam-welded superalloy GH4169 joints

Welding joint of GH4169 alloy with a good formation was obtained. No macroscopic defects occurred in the joint. The weld had mainly a dendritic structure; the base metal was a solid solution of Ni, Cr, and Fe, and the strengthening-phase particles such as Ni₃Nb were dispersively distributed along the grain boundary. The average tensile strength of the joint reached 743.7 MPa, and the Vickers hardness of the weld exceeded HV 300. Because of the segregation of the low-melting compound Ni₃Nb at the grain boundary of the fusion zone, liquid cracks tended to occur as a result of welding stress. The formation of liquid cracks was inhibited by adding an alloying element, Mn, to the welding bath, because Mn diffused to the fusion zone and the high-melting phase Mn₂Nb formed, and thus the overall properties of the joint were improved.     

X100管线钢双丝埋弧焊接头微观组织与力学性能

利用光学显微镜、扫描电子显微镜、拉伸及冲击材料试验机等对X100钢级管线钢组织与力学性能进行了研究.结果表明,X100钢级管线钢焊缝区组织主要为针状铁素体和粒状贝氏体,热影响区组织有多边形铁素体存在,且晶粒粗大,发生了软化和脆化.焊接接头最高抗拉强度和断后伸长率分别达805 MPa,10.7%.接头的冲击吸收功(-10℃)大于110 J;剪切面积百分比(-10℃)平均值达到85%,呈现为韧性断裂.硬度测试结果显示,热影响区硬度外焊高于内焊.     

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%.