薄壁钛合金T形接头摆动激光填丝焊组织与性能

在摆动激光填丝焊接中,热输入是影响焊接接头组织与性能的关键因素,因此开展热输入与组织和力学性能的相关性研究,为进一步提高薄壁钛合金接头的力学性能提供数据支撑及相关理论依据。采用摆动激光填丝焊对2 mm厚的TC4钛合金T形接头进行焊接试验,对比分析不同位置的微区组织与力学性能。研究结果表明：焊缝表面成形良好,无未熔合、气孔、夹渣等焊接缺陷;焊缝组织主要由α′马氏体和初生β相组成,并有少量的孪晶和位错产生;热影响区主要由母材中未发生相变的α相和α′马氏体组成;焊接接头硬度值在286～413 HV之间浮动,其中焊缝区硬度值最高,与母材相比硬度值约提升38%,随着焊接热输入增大,相变生成α′马氏体越多,显微硬度增大;焊接接头平均抗拉强度为1 076 MPa,略高于母材,拉伸试件断裂位置为母材,断口呈现出韧性断裂特征;焊接接头平均剪切强度为679 MPa,剪切试件断口起裂位置为焊缝内部,焊缝区断口呈沿晶断裂特征,热影响区断口呈解理和准解理穿晶断裂特征。     

06Cr19Ni10不锈钢CMT焊接接头组织与性能的研究

通过拉伸试验、弯曲试验、脉动拉伸疲劳试验、硬度试验以及金相显微组织分析,对1.5 mm厚06Cr19Ni10不锈钢的冷金属过渡焊焊接接头的组织与性能进行研究。结果表明:06Cr19Ni10不锈钢冷金属过渡焊焊缝的δ铁素体含量约为8.0%;焊缝组织为网状、骨架状δ铁素体均匀分布在奥氏体基体上;冷金属过渡焊焊接接头具有良好的弯曲性能、拉伸性能,平均抗拉强度为684 MPa;焊缝中心硬度值为230HV,硬度值由熔合线向焊缝中心逐渐提高;焊接接头(保留余高)的疲劳强度为251 MPa。     

保护气配比对高氮钢焊丝接头组织性能的影响

对高氮奥氏体不锈钢焊缝进行固氮,在多元活性保护气氛条件下,用氮的质量分数为0.46％的高氮钢焊丝进行焊接试验,研究保护气体不同氮气配比对焊丝接头的固氮效果、气孔敏感性、显微组织及力学性能影响.结果表明:随保护气体中氮气配比增加,焊丝接头的氮含量先增大后趋于稳定,气孔倾向先减后增;焊缝组织中奥氏体枝晶变粗,枝晶间距增大;当氮气配比为15％时,接头的抗拉强度和断后伸长率最大,分别为905 MPa和21.2％,冲击韧性受氮含量及气孔的共同影响先增后减.     

高强钢激光-电弧复合焊接接头力学性能研究

为弥补高强钢在传统焊接中低效、变形严重、焊缝强度低等问题,采用6 kW光纤激光器和熔化极活性气体保护电弧焊复合焊接6 mm厚度的30CrNiMo钢板,在相同焊接工艺下使用ER50-6和ER308两种焊丝,焊后对两种焊缝的组织形貌和力学性能进行研究。研究结果表明：ER50-6焊丝焊缝为细小的针状马氏体组织,而ER308焊丝焊缝为粗大的柱状晶奥氏体;两种焊丝焊缝的硬度面分布也出现较大区别,ER50-6焊丝焊缝沿熔合线出现低硬度分布,ER308焊丝焊缝则在焊缝中心下部出现低硬度集中,二者对应拉伸断裂位置分别在熔合线处和焊缝中心;通过能谱分析得知,ER308焊丝中高含量的Cr元素在焊缝上部集中,导致焊缝上部淬硬性增强,硬度大幅上升,韧性急剧下降,并最终导致焊缝力学性能的薄弱。因此,采用复合焊接搭配ER50-6焊丝,可实现对6 mm厚30CrNiMo钢板以1.0 m/min速度的高效无变形焊接,焊缝强度高达1 197 MPa.     

Fe-Mn-Al-C系低密度钢焊接性能研究

针对12 mm厚Fe-Mn-Al-C系低密度钢热轧试验板,采用半自动MIG焊接工艺,焊接材料选用奥氏体不锈钢焊丝,对低密度钢的焊接性进行试验研究,重点考察低密度钢的焊接抗裂性、焊接工艺性及接头力学性能。结果表明:在纯氩保护气氛条件下,低密度钢同种材料的焊接具有良好的可焊性和优良的焊接抗裂性;焊接接头平均抗拉强度为750.7MPa,平均断后伸长率为11.0%。     

中厚度高氮钢双丝MIG焊接头组织和性能研究

采用双丝熔化极惰性气体保护焊接(双丝MIG)方法,对厚20、40 mm的高氮奥氏体不锈钢板进行了焊接。研究了焊接接头的组织、硬度、力学特性及断口形貌。结果表明:高氮奥氏体不锈钢双丝MIG焊接热影响区和焊缝的组织为奥氏体+少量δ-铁素体,显微硬度明显低于母材;20 mm厚板双丝MIG焊接接头抗拉强度和韧性优于40 mm厚板;拉伸和冲击断口形貌为明显的韧窝。     

转速对TRIP钢搅拌摩擦焊接头组织性能的影响

用搅拌摩擦焊接(friction stir welding,FSW)对相变诱发塑性(transformation-induced plasticity,TRIP)钢焊接,研究转速对TRIP钢显微组织和力学性能的影响。结果表明:FSW接头焊合区(stir zone,SZ)和热机械影响区(thermo-mechanically affect zone,TMAZ)晶粒细化、残余奥氏体含量降低,有大量马氏体生成;热影响区(heat-affected zone,HAZ)晶粒粗化、残余奥氏体含量降低,无马氏体生成。相比母材,FSW接头SZ和TMAZ显微硬度提升,HAZ显微硬度下降;低转速下,FSW接头中残余奥氏体含量较高,接头的抗拉强度912 MPa,达到母材的92.9%。母材和接头断口均呈韧性断裂特征。     

不同氮含量焊丝熔化极气体保护焊高氮钢的微观组织与力学性能

为研究不同氮含量焊丝对高氮钢焊缝组织性能的影响,采用自制的0.46［N］、0.61［N］、0.84［N］3种不同氮含量焊丝进行高氮钢熔化极气体保护焊焊接工艺试验。测试分析3种成分焊丝焊缝的固氮效果、气孔倾向、微观组织及力学性能。结果表明：随着焊丝氮含量的增加,焊缝氮含量升高,气孔倾向也增大;3种焊丝焊缝组织均由奥氏体+铁素体组成,焊缝组织形态主要取决于焊缝的凝固模式,由焊缝中的各种合金元素共同作用决定;焊缝力学性能主要受铁素体含量及其分布的影响,铁素体含量越高且呈沿晶分布,焊缝硬度、强度越高,韧性越差;当焊缝凝固模式为奥氏体凝固模式、奥氏体-铁素体凝固模式时,焊缝氮含量越高,焊缝拉伸性能越好;气孔缺陷主要影响焊缝的冲击韧性,气孔增多,焊缝冲击韧性下降。     

含Sc焊丝对7B52叠层铝合金焊接接头组织与性能的影响

使用1~#不含钪与2~#含钪铝镁焊丝对7B52叠层铝合金板采用MIG焊接方法进行焊接,并对焊接接头进行力学性能测试及显微组织分析研究。结果表明:采用2~#焊丝焊接板材,焊接接头焊缝区和熔合区晶粒尺寸均小于1~#焊丝焊接接头;1~#焊丝与2~#焊丝焊接接头平均抗拉强度分别为306 MPa和358 MPa,断后伸长率分别为3.3%和5.5%;添加微量钪元素后焊缝区的显微硬度也得到提高。因此,含钪铝镁合金焊丝能提高7B52叠层铝合金板材的焊缝综合力学性能,推动7B52叠层铝合金的应用。     

A-P异种钢焊接接头区域的显微组织特征

采用金相、扫描电镜和电子探针等试验方法,从物理冶金和金属学角度对奥氏体(A)-珠光体(P)异种钢焊接接头区域(焊缝、熔合区和热影响区)的显微组织特征和合金元素分布进行了研究。探讨了异种钢焊接熔合区的形成和碳、铬等元素的扩散规律,还进一步讨论了异种钢奥氏体焊缝金属的结晶形态及焊缝中一次δ-铁素体的分布。     

典型铜合金T3、B5、H96与35CrMnSi的摩擦焊接性研究

应用惯性径向摩擦焊工艺研究了T3、H96、B5三种铜合金与35CrMnSi的摩擦焊接性,确定三种材料的焊接性能否满足使用要求。通过强度检测、金相、硬度测试表明:三种铜合金与35CrMnSi均能形成良好的摩擦焊接头;接头剪切强度与铜合金等强,不会产生焊接气孔等熔化焊工艺存在的焊接缺陷。研究也表明,因为熔点与导热的影响,B5+35CrMnSi钢侧的热影响区较宽。三种材料与35CrMnSi的径向摩擦焊接性能满足使用要求。     

30CrMnSi钢激光焊接工艺研究

为减小薄板30CrMnSi钢的焊接变形,提高焊接效率,采用CO2激光对其进行了激光焊接工艺研究。采用激光显微镜、扫描电镜仪对微观组织进行了表征,采用显微硬度计、材料试验机等仪器对性能进行了测试。研究发现,激光焊接后的焊接接头分为焊缝区、热影响区、母材以及焊缝与热影响交界区和热影响与母材交界区5个部分。焊缝与热影响交界区显微硬度最高,母材显微硬度最低。焊接速度越快,焊缝的显微硬度越高,焊缝越窄。焊接速度越快焊接变形越小,激光功率4 kW、焊接速度8 m/min条件下,100 mm长度范围内的变形0.1 mm.激光焊接接头的抗拉强度高于母材110~170 MPa,母材为韧性断裂,断口呈典型的韧窝形态,热影响区发生脆性断裂,断口呈准解理断裂,随着焊接功率和速度的提高,热影响区的拉伸强度有降低的趋势。     

形变热处理对中碳Cr-Ni-W-Mo钢组织及力学性能的影响

为进一步提高中碳Cr-Ni-W-Mo钢的强塑性,采用Gleeble 3500热模拟试验机在700 ℃温度下进行变形量为20%~50%的形变热处理（TMT）。利用扫描电镜、透射电镜、电子背散射衍射对试验钢组织进行表征,利用拉伸试验机对拉伸性能进行测试,研究TMT工艺对其组织演变和力学性能的影响。结果表明：试验钢在TMT后的组织是包含回火马氏体、下贝氏体、残余奥氏体的复相组织,随着形变量增加,下贝氏体组织及残余奥氏体含量、位错密度相应增加,板条宽度减小;在相变强化、细晶强化及位错强化共同作用下,随着形变量增加,试验钢的强度增加,塑性升高;当形变量为50%时屈服强度达到1 733 MPa,抗拉强度达到2 243 MPa,伸长率为12.66％,与传统热处理相比,分别提高28.18%、12.88%和50.35%,获得了良好的强塑性匹配。     

激光预处理后钢的固相焊接接头组织与硬度分析

40Cr/T10A钢表面激光淬火后,在压接温度750～780℃、预压应力56.6MPa的条件下,经2.5～7.5min短时保温可实现异种钢的固相焊接,接头强度可达母材强度。对接头区的显微组织及显微硬度的观测表明,接头区界面两侧显微组织连续,实现了良好的冶金结合;界面两侧近界面处钢的组织因C、Cr原子的互扩散而发生了明显变化,并导致显微硬度的变化。     

含氮奥氏体钢与马氏体钢的抗弹行为研究

对不同状态含氮奥氏体钢板和马氏体钢板进行了抗枪弹与抗杆式模拟弹试验,分析了它们的穿甲机理。含氮奥氏体钢具有优良的抗弹性能,并优于传统马氏体钢的抗弹性能。马氏体钢抗杆式模拟弹防护系数随着强度的提高而提高,呈线性关系,含氮奥氏体钢穿甲防护系数远远高于同一强度级别的马氏体钢。研究表明,含氮奥氏体钢的抗弹性能的提高主要通过冲击硬化,动态强度明显提高,以及通过塑性变形区域增加,使弹丸更多的能量转换成塑性变形能。     

高氮钢复合焊接接头氮含量和气孔控制方法研究

为解决高氮钢熔焊过程中出现的气孔和氮损失问题,采用激光-电弧复合焊接技术对高氮钢进行焊接试验。研究了保护气体成分、焊丝成分和超声振动对焊接接头气孔率和氮含量的影响。结果表明：当保护气体为Ar+N₂时,随着保护气体中N₂比例的增大,焊缝氮含量升高,气孔率呈先降低、后升高的趋势;当向Ar+N₂中添加2%的O₂后,氮含量和气孔率明显升高,且随着N₂比例的增大,焊缝氮含量增多,但气孔率呈无规律变化;随着焊丝氮含量的增加,焊缝氮含量呈先升高、后降低趋势,气孔率呈先降低、后升高趋势;随着超声功率的增加,焊缝氮含量略有降低,气孔率呈先降低、后升高趋势;适当的保护气体和焊丝成分可提高焊缝氮含量的同时并能够抑制焊缝气孔形成,超声功率为180 W时抑制气孔效果最好。     

中厚度镁合金激光焊接组织与性能分析

采用CO2激光焊接方法对10mm厚的AZ31镁合金进行焊接。利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等手段分析焊接接头的宏观形貌、显微组织、元素分布和焊缝物相等。结果表明:焊缝正面凹陷,背部成形较好;焊缝组织为细小的等轴晶粒,物相主要为Mg,未出现Al-Mg低熔点相;接头强度均值为212MPa,在断口处存在大量的气孔。     

高强钢焊接接头激光处理组织和性能研究

对30CrMnSiA钢氩弧焊接头熔合区进行激光处理,使接头抗裂性能明显改善。用电子显微分析技术对激光处理组织进行了分析研究,证实该钢种激光处理组织是含有大量位错的细板条马氏体及板条间的残余奥氏体组织。电子衍射花样标定结果表明,马氏体和残余奥氏体的晶体学位向关系符合K-S关系。