激光焊接不等厚异种钢接头组织与性能研究

针对汽车用钢的焊接问题,利用光学显微镜、扫描电镜、硬度和拉伸试验研究分析了不等厚异种钢激光拼焊板接头的组织及性能。结果表明,焊缝区为板条马氏体组织,板条之间有残留奥氏体组织存在。熔合区附近的组织结构比较复杂,主要由马氏体和贝氏体构成。而相变诱发塑性(TRIP)钢热影响区组织主要由贝氏体和铁素体组成,且晶粒比较细小,双相钢(DP)接头热影响区中存在显著的马氏体组织,但几乎不存在过热区组织。接头焊缝区的硬度达到母材的1.6倍以上,此外接头宏观断裂发生在薄板DP钢的母材区。     

27SiMn高强钢激光-MAG复合焊接头组织和性能

利用光纤激光-金属活性气体(MAG)复合焊接方法焊接了25mm厚的27SiMn高强钢,分析了焊接接头的微观组织和力学性能。结果表明,接头钝边焊道焊缝和热影响区主要为马氏体;填充焊道的焊缝主要由晶内针状铁素体、少量先共析铁素体和上贝氏体组成,其热影响区组织以马氏体为主。焊接接头硬度分布不均匀,钝边焊道硬度的最高值出现在焊缝;填充焊道硬度的最高值出现在粗晶区,母材的硬度最低。拉伸时接头均断于母材。冲击试验结果表明,钝边焊道焊缝的冲击断口存在脆性断裂区和韧性断裂区,填充焊道焊缝的冲击断口仅观察到韧性断裂区。     

50mm厚SA508Gr.3Cl.2钢超窄间隙激光填丝焊接头组织与性能

采用超窄间隙坡口和光纤激光填丝多层焊工艺,焊接了50mm厚的SA508Gr.3Cl.2核电用钢,测试并分析了接头的微观组织和性能。结果表明,焊接接头无宏观缺陷;热处理后接头中部焊缝中心组织主要为上贝氏体和针状下贝氏体,母材侧热影响区的粗晶区组织为高温回火马氏体,硬度为280HV。焊接接头拉伸试样的拉伸断裂位置均位于母材,接头抗拉性能良好。接头上、中、下部位的焊缝冲击韧性均小于母材的,但焊缝冲击试样的断口形貌仍具有一定的韧性断裂特征。     

船用高强钢E36激光焊接接头组织和性能的研究

为了促进船用高强钢E36激光焊接技术的发展,利用YAG激光器对3.2mm厚的E36钢板进行对接焊接处理。分析了焊接接头的微观组织形貌与硬度特性;研究了焊接速度对接头性能的影响。结果表明,E36钢激光焊缝(WZ)金属主要由马氏体构成,其硬度高于母材(BM)。焊接接头硬度分布不均匀,在焊缝边缘有着最高硬度;热影响区(HAZ)很窄,且硬度急剧下降。随着焊速变化焊接接头的性能以及硬度特性也发生变化:当焊接速度达到70mm/s时,焊缝区域的最高硬度达到448.9HV,为所有试样中最高,而其热影响区硬度值下降最快。在垂直于焊缝的负载下,焊接速度为20~60mm/s的拉伸试样均断裂在母材,而焊接速度为70mm/s的试样却断在熔合线附近,塑性明显差于断在母材的试样。     

50mm转子钢超窄间隙激光填丝焊接头组织与性能

设计了窄间隙的坡口并采用CO2激光填丝多道焊的方法焊接了厚度为50 mm的30Cr2Ni4Mo V转子钢,焊后观察并分析了接头不同区域的组织特征,通过接头的拉伸、弯曲试验及显微硬度评定了接头的性能,结果表明:选取优化的窄间隙激光填丝焊接工艺焊接的50 mm厚30Cr2Ni4Mo V钢对接焊接头成形良好,无侧壁未熔合等缺陷。接头中部填充焊焊缝中心由大量的针状铁素体和少量的粒状贝氏体组成,冲击韧性良好,表层填充焊焊缝由马氏体及少量的粒状贝氏体组成,冲击韧性有所下降。焊接接头拉伸试样均断于母材,接头最大硬度位于接头表层填充焊热影响区(HAZ)粗晶区,焊缝区的硬度较HAZ低很多。     

X80管线钢光纤激光-MAG复合焊接打底层组织及性能

采用光纤激光-熔化极活性气体保护焊(MAG)复合焊接进行X80管线钢6mm厚根部的打底焊接,以实现单面焊双面成形。对工艺规范参数优化后的焊接接头进行宏观成形分析和显微硬度、拉伸、冲击、弯曲等力学性能研究。在此基础上,重点研究了激光-MAG复合焊热循环对打底焊焊缝接头微观组织的影响。结果表明,在优化的工艺参数范围内,可获得成形良好、无缺陷的焊缝;焊缝截面呈高脚杯状,可分为电弧作用区和激光作用区;电弧作用区的硬度高于激光作用区;拉伸试样断裂于母材;电弧作用区焊缝组织主要为针状铁素体和少量的先共析铁素体,激光作用区焊缝组织主要为针状铁素体和贝氏体类型组织(上贝氏体+粒状贝氏体);激光作用区和电弧作用区的热影响区组织差异不大,但电弧作用区的过热区明显宽于激光作用区。     

热输入对激光焊中锰钢接头组织和力学性能的影响

采用光纤激光器焊接了0.1C-5Mn钢,研究了不同热输入对接头的组织、硬度、拉伸和成形性能的影响。结果表明,不同热输入的接头焊缝区均为马氏体组织,热影响区由细小马氏体/贝氏体混合组织、奥氏体和铁素体组成;焊缝区的平均硬度均比母材的高。当热输入为100 J·mm~(-1)时,接头的亚临界热影响区有轻微软化趋势。不同热输入的接头拉伸试样均断裂于母材区,断口为韧性断裂,且接头抗拉强度均比母材的大;接头杯突裂纹在焊缝区启裂并垂直于焊缝向母材区扩展;平行于轧向焊接的拼焊板成形性能优于垂直于轧向的。     

高效激光-MAG复合焊接船用高强钢的性能

采用光纤激光-MAG复合焊接技术,在激光输出功率为10 kW的条件下单道一次穿透焊接18 mm厚EH36船用高强钢板,实现了良好的单面焊双面成形工艺技术,且无焊接缺陷存在。本次试验的最佳工艺参数为激光输出功率10 kW、离焦量0 mm、光丝间距3 mm、焊接电流400 A、焊接电压31.1 V、送丝速度14.2 m/min、焊丝伸出长度20 mm、保护气流量20 L/min、焊接速度1.5 m/min。采用分析检测设备对焊接接头的显微组织及力学性能进行分析。结果表明:焊缝上部(电弧作用区)的组织特点是先共析铁素体在柱状晶界以侧板条状生长,在柱状晶内还存在少量粒状铁素体;在柱状晶内,亚结构组织主要由板条状马氏体和针状贝氏体组成,并存在少量上贝氏体;V形带状组织主要由板条马氏体与少量贝氏体构成。焊缝下部(激光作用区)组织主要由板条马氏体组成。电弧作用区与激光作用区的焊接热影响区组织主要由板条马氏体组成。电弧作用区与激光作用区的焊接接头最高硬度均出现在热影响区,激光作用区的焊缝硬度最高,然后依次为焊缝中V形带状组织区、电弧作用区焊缝。焊接接头在室温下的平均抗拉强度为521 MPa,拉伸试样均断裂于母材;焊接接头正弯试验满足标准要求;在-20℃下,焊缝金属、热影响区及母材的平均冲击功分别为57,53,52 J,力学性能指标均满足船级社要求。     

激光焊接热输入对微合金C-Mn钢全熔透焊接接头组织性能的影响

以抗拉强度700 MPa级Nb-Ti微合金化C-Mn钢为研究对象,采用高功率光纤激光器对4.6 mm厚钢板进行了拼焊实验,研究了热输入(162、175、187、226 J/mm2)对全熔透焊接接头显微组织、显微硬度、拉伸性能及冲击韧性的影响。研究表明,4种热输入条件下,焊缝区和粗晶区组织均以板条马氏体为主,存在不同含量的贝氏体和铁素体;随着热输入的增加,粗晶区原始奥氏体晶粒尺寸逐渐增大;热输入对细晶区和混晶区的组织影响不明显。焊缝区和热影响区平均硬度均高于母材;随着热输入的提高,焊缝区硬度和焊接接头的峰值硬度逐渐降低,主要原因是热输入增大形成贝氏体和铁素体。4种热输入条件下焊接接头的抗拉强度高于母材。4种热输入条件下焊接接头冲击吸收功均高于母材,且均为韧性断裂,研究范围内的热输入对焊接接头冲击性能影响不明显。     

新一代钢铁材料激光焊接接头的组织和强韧性研究

新一代钢铁材料为晶粒尺寸在微米或亚微米级的铁素体钢,其强度比普通铁素体钢提高一倍,同时又具有较好的韧性。解决该钢的焊接问题,是新一代钢铁材料成功的关键。本文采用CO_2激光进行SS400钢的不填丝焊接,获得了强韧性高于母材的接头。当焊缝和热影响区金属主要由下贝氏体组成时,冲击功最高。当出现侧板条铁素体或低碳马氏体含量较多,冲击功下降,但都高于母材。接头硬度值低于HV330,无软化区,具有良好的弯曲塑性,强度高于母材金属。     

60mm厚304不锈钢板超窄间隙光纤激光焊接接头组织性能研究

利用IPG公司YLS-6000光纤激光器及5mm超窄间隙焊接了60mm厚304不锈钢板,并利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和低温拉伸试验机分析了接头组织性能。结果表明,超窄间隙激光焊接方法可得到成形良好无明显缺陷的焊接接头,焊缝上下宽度一致约3.8mm。焊缝组织为柱状奥氏体与均匀分布的骨架状和板条状铁素体。热影响区并无明显晶粒长大,少量铁素体沿熔合线向母材方向扩散生长。Cr、Ni等合金元素在焊缝及热影响区分布均匀,无明显偏析。焊缝与母材显微硬度相当,略低于热影响区。接头拉伸强度随温度降低而上升,最高达1260MPa,在183K、213K、243K、273K温度下接头拉伸强度分别为母材的86%、96.7%、94.5%和92.6%。试样弯曲180°无裂纹及其他缺陷产生。     

NULCB钢激光焊接接头组织、性能的研究

为了研究新一代超低碳贝氏体(NULCB)钢的焊接性,利用kW CO2激光对NULCB钢进行了焊接,并分析了焊接接头组织、性能的变化规律.试验结果表明,激光焊接接头显微硬度均高于母材,未出现明显的软化区;焊缝区和热影响区粗晶区组织均为贝氏体板条和M-A组元组成的粒状贝氏体;热输入由120J/mm～600J/mm范围内变化时,随着热输入的增大,M-A组元的平均宽度、总量、形状因子增大,M-A组元线密度减少;随热输入的增大,激光焊接焊缝区冲击吸收功先增大然后减小.合适的激光焊接条件下,激光焊接焊缝区具有良好的韧性,其低温冲击吸收功高于母材.     

超高强度30CrMnSiNi2A钢的激光焊接组织及性能

采用5 kWCO2激光焊接超高强度30CrMnSiNi2A钢,以获得性能优良的焊接接头.利用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)、显微硬度仪、电子万能试验机和X射线应力测定仪对激光焊接接头的显微组织、硬度、抗拉强度、拉伸断口和残余应力进行了研究.结果表明,焊缝中心区组织为等轴晶,近中心区组织为枝状晶,边缘区组织为粗大的柱状晶,熔合区组织为细长柱状品和细小等轴晶.热影响区(HAZ)组织主要为板条马氏体、贝氏体和少量残余奥氏体;焊缝区主要由α-Fe,NiCrFe,Fe-Ni以及MnSi2等相组成;焊缝区的硬度最高值约为518 HV,HAZ硬度最高值约为560 HV,从HAZ到基材硬度明显下降;焊接接头的抗拉强度平均值为802 MPa,断口均出现在靠近焊缝的母材区;焊接接头的冲击韧性为75.7 J/cm2;焊接接头的残余应力为压应力,焊缝区的残余应力平均值为-17 MPa,热影响区的残余应力平均值为-59 MPa.     

10Ni5CrMoV钢真空激光焊接焊缝的组织与性能

采用真空激光焊接方法对10Ni5CrMoV低合金高强钢进行焊接,研究了环境压力对焊缝组织和力学性能的影响。结果表明:真空激光焊接可以明显改善激光焊缝的表面成形质量,增加焊缝熔深;环境压力对焊缝组织的影响不大,对热影响区组织的影响明显;不同环境压力下得到的焊缝均由马氏体组成;在热影响区,随着环境压力的降低,碳化物逐渐析出,显微组织由马氏体向马氏体+碳化物+极少量粒状贝氏体转变,并且出现了少量铁素体;真空环境下得到的焊缝中马氏体含量降低是硬度下降的主要因素;在环境压力为10 Pa时,焊缝硬度较大气环境下的减小6.2%;拉伸试样均断裂于母材处,试样出现明显的颈缩现象,断裂方式为韧性断裂。     

离焦量对1Cr17Ni2薄钢板激光焊接接头组织与性能的影响

利用YAG脉冲激光焊接系统对1mm厚的1Cr17Ni2不锈钢薄板进行对接焊接试验,通过焊缝组织分析、拉伸测试和显微硬度测试,研究了离焦量对焊接接头组织与性能的影响。结果表明:采用激光对1Cr17Ni2薄钢板进行对接焊后,焊接接头出现了组织分区,母材区组织主要是铁素体和马氏体,热影响区组织为板条马氏体组织和少量呈带状分布的δ铁素体,而焊缝区组织则主要以马氏体为主;随着离焦量增加,焊缝熔深逐渐减小,熔宽先增大后减小,焊缝处的马氏体含量逐渐减少,接头的抗拉强度先增大后减小;焊缝区的硬度最大,母材区的硬度最小,热影响区的硬度介于两者之间;焊缝区的整体硬度随着离焦量的增大而减小;当离焦量为-5.5mm时,热影响区中马氏体板条束群细小均匀,焊接成形质量好,接头的拉伸性能优良。     

激光束摆动焊接低碳钢焊接接头的组织和力学性能

利用IPG YLS-6000型光纤激光器和摆动焊接头对Q235钢进行了线性焊接和摆动焊接试验,对比分析了两种焊接接头的显微组织及力学性能。结果表明:激光束摆动焊接较线性焊接可显著增加焊缝宽度(1.34 mm→1.60 mm);两种焊接接头各微区的显微组织相同,焊缝组织为板条马氏体、板条贝氏体和晶界铁素体,热影响区的完全奥氏体化区主要为铁素体和板条马氏体,不完全奥氏体化区则为晶粒尺寸不均匀的铁素体和珠光体;摆动焊接接头的整体硬度高于母材,焊缝纵向抗拉强度约为母材的1.74倍,延伸率仅为母材的66.7%,冲击韧度可达母材的90%左右,与线性焊接接头具有相同的力学性能。摆动焊接可以有效降低激光焊接对组对间隙的要求,且对焊接接头的硬度、强度和韧性无不利影响。     

热输入对纳米析出强化钢激光焊接接头组织及纳米力学性能的影响

研究了激光焊接热输入对纳米析出强化钢焊接接头熔深、显微组织及纳米力学性能的影响。利用体视显微镜和扫描电子显微镜对焊接接头的熔深、显微组织进行了分析,通过纳米压入实验对激光焊接接头各区域的纳米硬度和弹性模量进行了研究。实验结果表明:随着焊接热输入增加焊缝熔深逐渐增大,两者之间呈一元线性关系;当焊接热输入低于94 J/mm2时,焊缝为全马氏体组织;当焊接热输入超过125 J/mm2时,焊缝中出现贝氏体组织和铁素体组织;且随着热输入的增加,贝氏体和铁素体含量有所增加。随着焊接热输入的增加,焊缝区的纳米硬度逐渐降低,其原因为热输入增大致使贝氏体和铁素体的形成。焊接热输入对焊缝的弹性模量影响不明显,弹性模量在200 GPa左右。     

P92钢与Inconel 625合金厚板超窄间隙激光填丝焊接头的组织与性能

利用超窄间隙激光填丝焊技术实现了P92/Inconel 625异种接头,研究了焊接接头的组织和力学性能。结果表明,焊接接头的焊缝整齐,侧壁熔合良好,无气孔等缺陷;焊缝具有典型的凝固组织特征。P92钢热影响区的组织为马氏体,并分为粗晶区和细晶区。焊接接头界面中P92钢粗晶区的硬度最大,经热处理后硬度减小。常温拉伸试验中试样均断裂于Inconel 625合金,高温拉伸试验和高温持久试验中试样均断裂于P92钢,焊接接头的冲击韧性介于两种母材之间。     

Q235/304异种钢激光焊接接头组织及力学性能研究

采用激光自熔焊接对Q235普通碳素钢和304奥氏体不锈钢进行异种钢焊接试验，研究不同焊接工艺参数对异种钢焊接接头的组织和力学性能的影响。试验结果表明，激光束能量密度高度集中，可以得到热影响区狭窄的高质量焊缝。根据直读光谱获取的元素含量，通过舍夫勒相图推测焊缝区域组织为马氏体组织，利用金相显微镜以及扫描电镜分析仪器验证焊缝主要由板条马氏体组织组成。显微硬度试验研究表明，焊缝区域硬度高于两侧母材。在热输入充足、焊接接头完全熔透的条件下，拉伸断裂发生在母材Q235钢一侧，说明焊接接头强度高于碳钢母材；焊接热输入不足时，会使得焊缝存在未熔合缺陷，甚至产生气孔，焊接接头拉伸断裂位置发生在焊缝中心。     

高功率激光焊接汽车用高强钢B450LAD组织与性能

采用15 kW CO3激光器对1.8 mm厚的热镀锌薄板B450LAD进行了高功率激光焊接.对工艺优化后所得到的4组焊接工艺规范参数的焊接接头进行宏观与微观组织分析、显微硬度试验以及拉伸力学性能试验.结果表明,在激光功率5.8～12.9 kW以及焊接速度3～7 m/min参数下,1.8 mm厚13450LAD镀锌钢板均可获得成形良好、无缺陷的焊缝;焊缝截面呈上宽下窄的倒梯形,热影响区(HAZ)相当窄;焊缝熔化区组织均为马氏体、细晶区组织为少量马氏体和铁素体;其焊缝中心显微硬度约为母材(BM)的2倍;焊接接头具有良好的拉伸力学性能,且4种拉伸试样均断于母材处.实验的4组工艺参数可作为此钢材不同应用场合下高功率激光焊接的工艺参考.