轨道车辆材料及其接头强度评估方法对比及优化建议

国内外标准对母材、热影响区、焊缝静强度与疲劳强度评估方法不同,文中对各标准进行了对比。各标准均存在问题,未规定点焊接头的疲劳强度;未提及或未正确规定冷作硬化不锈钢焊接接头的强度;实际焊接接头难以按照疲劳评估标准中的焊接接头清单对号入座;未规定车体与走行部连接位置的疲劳载荷,导致国内外多起车体开裂事故;规定异种金属坡口焊接接头取母材许用应力的较小值,未考虑通常一种焊丝用于所有异种金属焊接的实际情况,全焊缝金属、两侧母材之间强弱关系多样化;未焊透焊缝常按全焊透焊缝评估,角焊缝、塞焊、槽焊只校核对应节点的主应力是否超出焊缝/热影响区的许用应力,不考虑焊缝尺寸、剪应力和附加弯矩。根据项目经验,提出了优化建议。     

焊接热输入对纯铜焊缝组织及其力学性能的影响

在纯铜(T2)钨极氩弧自动焊(TIG)条件下,研究了不同焊接热输入对焊缝成形、焊缝显微组织及力学性能的影响。结果表明:焊接热输入过大,焊缝正面出现咬边,焊缝反面过宽、余高过高,而焊接热输入过小焊缝未焊透,轧制时易出现根部裂纹;随着焊接热输入的增大,焊缝区以及热影响区晶粒尺寸都增大,接头塑性降低;焊后未轧制时,焊接热输入越大,接头强度越低,而轧制后,焊缝的抗拉强度没有明显的变化,焊接热输入小时的屈服强度明显高于焊接热输入大时的屈服强度,并且接头断裂均发生在焊缝熔合线区,说明熔合线区是整个焊接接头最为薄弱的环节。     

LNG储罐用9Ni钢焊接接头的组织与性能

采用手工电弧焊、埋弧焊对9Ni钢板进行焊接,采用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）观察焊缝及热影响区的组织,通过拉伸、弯曲、冲击、硬度试验研究了焊接接头的力学性能。结果表明,两种焊接方法下焊缝组织主要由奥氏体和析出相组成,焊接热影响区组织主要为板条马氏体;焊缝的化学成分与母材匹配良好,焊接接头强度高、低温冲击性能和弯曲性能良好。     

焊接热影响区的特牲

焊接（或切割）过程中，紧靠焊缝的母材因受热影响（但未熔化）而发生金相组织和力学性能变化的区域称为焊接热影响区。焊接时，焊接接头由两个相互联系、而其组织和性能又有区别的两个部分，即焊缝区和热影响区组成。实践表明，焊接接头的质量不仅仅取决于焊缝区，并且在相当程度上决定于热影响区，有时热影响区存在的问题比焊缝区还要复杂，特别是合金钢焊接时更是如此。     

燃机弯管支撑环焊接工艺与接头性能研究

分析了燃机弯管支承环的焊接技术难点。采用钨极氩弧焊,焊接电流为100~120 A,将坡口形式设计为不等边X型,焊前不预热,焊后不进行热处理。焊接过程中,采用专用工装保护焊缝根部,严格控制层间温度与焊缝质量。焊后对焊缝进行射线探伤、金相检测与硬度分析。结果表明,接头组织均为奥氏体,热影响区不存在过热组织,晶间未发现液化薄膜和低熔点共晶物;接头硬度高于母材部分,未出现热影响区软化现象;焊接质量符合NB/T 47013.1-2015《承压设备无损检测》Ⅱ级合格要求。接头具有较好的抗热裂倾向、耐蚀性和综合力学性能。     

不同CO_2气保焊工艺对Q345钢焊接接头的影响

采用不同焊接电流的CO2焊对Q345(δ=4 mm)结构钢分别进行了连续焊和脉冲焊焊接试验,并对焊接接头外观形貌、热影响区尺寸、显微组织和显微硬度进行对比分析。结果表明:连续焊的焊缝比脉冲焊的焊缝粗大;脉冲焊接头热影响区尺寸小于连续焊接头热影响区尺寸;脉冲焊焊接接头组织比连续焊更为均匀,且产生魏氏组织较少;两种焊接工艺条件下的焊接接头显微硬度峰值均位于过热区,连续焊接头各部位显微硬度均略高于脉冲焊接头。     

焊接热输入对30CrMo钢焊接接头力学性能的影响

为了解决30CrMo锻焊曲轴的焊接质量问题,研究了焊接热输入对30CrMo钢焊接接头力学性能的影响规律,并针对焊条电弧焊(SMAW)和CO_2气体保护焊(GMAW)两种方法,找出了适合的焊接热输入范围。结果表明:随着热输入的增加,采用焊条电弧焊和CO_2气体保护焊的焊接接头抗拉强度均呈现下降趋势;采用焊条电弧焊的焊缝区和热影响区冲击功先增加后减小;采用CO_2气体保护焊的焊缝区冲击功减小,而热影响区冲击功先增加后减小;采用焊条电弧焊的热影响区硬度呈下降趋势,采用CO_2气体保护焊的热影响区硬度变化较小;采用两种焊接方法的焊缝区域硬度值总体呈降低趋势。当预热温度为220℃,热输入在8~24 kJ/cm范围内,采用焊条电弧焊和CO_2气体保护焊的焊接接头抗拉强度均能满足要求;热影响区及焊缝区域硬度值均低于350HV,不易产生冷裂纹。该工艺参数范围已成功应用于某30CrMo锻焊曲轴的焊接中,焊接质量良好,满足质量要求。     

16Mn钢LCCE焊接的工艺研究

利用连续涂层焊接技术（ＣＣＥＷ），采用直长型焊条ＬＣＣＥＪ５０７对１６Ｍｎ 钢进行双面焊和单面焊双面成形，分析接头质量和显微组织，测试其力学性能。结果表明：接头质量良好，焊缝的显微组织正常，焊接接头力学性能符合国标。对１２ｍ ｍ厚的板材，可以实现预留间隙双面焊一次焊透，省去开坡口工序，从而提高生产效率。     

钛/钢复合板熔化焊接头的组织和性能

研究了以TA1/X65管线钢为母材的复合板焊接接头的显微组织和性能,对焊接接头弯曲过程进行了有限元模拟分析。结果表明:钛焊缝区显微组织主要为锯齿状α-钛+针状α-钛+晶界β-钛,热影响区组织为粗大的锯齿状α-钛;弯曲试样均在钛层焊缝的热影响区断裂,通过SEM测试发现,断口为韧窝形貌,属于韧性断裂;钛焊缝有限元分析结果得出未焊透区形成缺口效应,在钛焊缝热影响区产生应力集中,随着未焊透尺寸的增大,应力集中加剧,焊接接头的弯曲角度减小,当未焊透达到1.5 mm时,弯曲角度仅为16°。     

钛/钢复合板熔化焊接接头的组织和性能

研究了以TA1/ X65管线钢为母材的复合板焊接接头的显微组织和性能,对焊接接头弯曲过程进行了有限元模拟分析。结果表明：钛焊缝区显微组织主要为锯齿状α-钛+针状α-钛+晶界β-钛,热影响区组织为粗大的锯齿状α-钛;弯曲试样均在钛层焊缝的热影响区断裂,通过SEM测试发现,断口为韧窝形貌,属于韧性断裂;钛焊缝有限元分析结果得出未焊透区形成缺口效应,在钛焊缝热影响区产生应力集中,随着未焊透尺寸的增大,应力集中加剧,焊接接头的弯曲角度减小,当未焊透达到1.5 mm时,弯曲角度仅为16°。     

ULCB钢电子束穿透焊组织与性能

为了进一步探索ULCB钢的焊接性能,采用真空电子束穿透焊不同束流强度对14 mm钢板对接接头进行了焊接,通过焊缝形貌比较,束流强度为100 mA时,接头焊缝成形最好,选取该接头做了拉伸、硬度、冲击试验及金相组织分析.结果表明,拉伸试样的断裂区域在母材区,抗拉强度为761 MPa、屈服强度为669 MPa,硬度范围在270~330 HV;冲击试样的断裂区域在热影响区,焊缝区平均冲击功为288 J,热影响区平均冲击功为273 J;接头显微组织中,焊缝区和热影响区产生了α'马氏体相,使焊缝区和热影响区产生相变强化,导致焊接接头的强度和硬度均高于母材.     

Incoloy 825镍基高温合金电子束焊工艺及接头组织与力学性能分析

采用电子束焊,对空冷器管箱Incoloy 825镍基高温合金进行对接焊试验. 通过对焊接接头的组织观察,并结合拉伸力学性能以及接头的冲击韧性等试验,分析镍基高温合金电子束焊接头的组织和力学性能. 结果表明, 采用电子束焊焊接镍基高温合金可以得到良好的焊接接头,焊缝区组织由大片等轴晶和少量柱状晶组成;焊缝区没有出现明显的元素烧损现象;焊缝、热影响区硬度达到母材硬度值;焊缝接头抗拉强度达到600 MPa,接近母材抗拉强度,接头断裂形式为韧性断裂;焊缝和热影响区的冲击吸收能量高于母材区,其中焊缝区的冲击吸收能量达到了262 J,冲击断口形貌为韧窝状.     

低活化铁素体/马氏体钢厚板光纤激光焊接接头组织及力学性能分析

针对核聚变反应堆试验包层模块(TBM)中使用的CLF-1低活化铁素体/马氏体钢进行焊接试验,采用15 kW光纤激光,实现了17.5 mm厚CLF-1钢的穿透焊接,得到了正反表面成形良好、无明显缺陷的焊接接头,并对接头显微组织及力学性能进行了分析研究. 结果表明,焊缝区主要为粗大的板条马氏体;熔合线附近热影响区为细小的板条马氏体和少量贝氏体;不完全淬火区为经焊接热循环作用下二次回火的回火索氏体及马氏体双相组织;接头室温及550 ℃高温抗拉强度较高,均断裂于母材;焊缝显微硬度高于母材,且热影响区无明显软化;接头冲击韧性良好. 接头综合力学性能良好.     

热输入对超薄443铁素体不锈钢组织性能的影响

针对443铁索体不锈钢焊接接头存在粗晶组织与性能脆化等问题进行研究,采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)分析了不同焊接方法焊后接头组织和性能的变化.采用钨极氩弧焊(TIG)、脉冲钨极氩弧焊(P-TIG)和脉冲激光焊(P-LBW)三种焊接方法进行焊接,分析了不同热输入对超薄443铁素体不锈钢焊接接头微观组织、拉伸性能和杯突性能的影响规律.结果表明,焊接热输入是影响该铁素体不锈钢焊接接头组织和性能的重要因素,采用脉冲焊接方法来细化组织可以有效提高焊接接头综合性能.     

等离子弧焊Q345B和430不锈钢异种接头的微观组织与性能

摘要： 采用等离子弧焊对3 mm厚的Q345低合金钢与430不锈钢进行异种钢焊接,并对接头微观组织、力学性能及耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,当转弧电流为100 A时,等离子弧焊Q345B/430异种钢接头的焊缝组织为均匀分布的马氏体及针状铁素体,焊接接头综合性能优良。随着电流的增大,焊缝组织转变为粗大板条马氏体及铁素体。两侧热影响区组织均发生一定程度的粗化,且Q345B侧热影响区出现魏氏组织。焊接接头于焊缝处显微硬度最大,不同转弧电流条件下异种钢显微硬度分布趋势大致相同。不同转弧电流下,焊接接头抗拉强度均与430不锈钢相近,且均断裂在靠近焊缝的430母材侧,转弧电流为100 A时接头抗拉强度最大值427 MPa。焊接接头的耐腐蚀性能与焊接电流呈负相关趋势。 创新点： 试验结果为铁素体低合金钢与铁素体不锈钢异种钢接头的应用提供了工艺数据与支撑。     

FSS/ASS厚壁异种钢“TIG冷焊 + UNGW”组合焊的接头组织与力学性能

为了有效解决铁素体不锈钢的焊接热影响区晶粒易粗化问题，以及奥氏体不锈钢焊接时在接头部分熔合区及其附近热影响区内因易形成蠕虫状δ铁素体而显著降低该区域耐腐蚀性的问题，提出了“TIG冷焊 + UNGW”的组合焊接工艺，并进行了1Cr17/1Cr18Ni9Ti厚壁异种不锈钢的焊接，同时对所得接头的显微组织、力学性能及耐腐蚀性进行了测试与分析. 结果表明，组合焊接头的1Cr17母材热影响区晶粒未发生粗化，并且1Cr18Ni9Ti母材部分熔合区及其附近热影响区内未形成蠕虫状δ铁素体；组合焊接头的抗拉强度优于1Cr17母材，并且1Cr17母材热影响区的冲击吸收能量与1Cr17母材相当；组合焊接头的熔敷层、1Cr18Ni9Ti母材、1Cr17母材、UNGW焊缝区及完整接头的耐腐蚀性呈依次下降的趋势.     

G115钢CMT + P焊接工艺及组织和性能

基于冷金属过渡加脉冲(CMT + P)的焊接方法,研究了新型回火马氏体耐热钢G115的焊接性以及焊接接头组织和性能. 结果表明,焊接接头经热处理后为回火马氏体组织,焊缝晶粒呈现出等轴晶和柱状晶两种不同的形貌,而焊接热影响区和母材晶粒均为等轴晶. 与焊条电弧焊(SMAW)相比,CMT + P焊接方法有效降低了热输入,大幅度减小了热影响区宽度,提高了焊接接头的拉伸性能和热影响区冲击韧性,焊接接头焊缝冲击韧性略有降低. 焊接接头的室温和高温拉伸断裂机理均为韧性断裂,室温拉伸断口的韧窝内存在一定量的析出相.     

2219铝合金不同气氛下TIG焊焊接接头组织性能

为研究氦弧TIG焊焊缝质量,对比分析了2219铝合金氦弧TIG焊与氩弧TIG焊焊缝成形及组织性能.结果表明,在背部熔宽相同的条件下,氦弧TIG焊焊缝正面熔宽、下塌量及热影响区宽度均小于氩弧TIG焊,氦弧TIG焊与氩弧TIG焊焊缝的微观组织及第二相组织基本相似,焊缝区晶粒为等轴晶,热影响区晶粒为粗大的板条状,组织为粗大的α铝基体与金属间化合物Al₂Cu及少量的共晶组织,焊缝区的第二相组织明显多于热影响区,无法发挥弥散强化的作用.氦弧TIG焊与氩弧TIG焊焊接接头的断裂方式均为韧性断裂,抗拉强度基本保持一致,氦弧TIG焊焊接接头的断裂总延伸率高于氩弧TIG焊,维氏硬度高于氩弧TIG焊焊缝的硬度.     

热输入对T4003/Q450NQR1异种钢焊接接头组织及性能的影响

采用奥氏体焊材ER309LSi-G焊丝对T4003铁素体不锈钢与Q450NQR1耐候钢异种钢进行两种不同焊接热输入的MAG焊接,通过显微组织和力学性能等试验,对两种焊接接头性能进行研究。结果表明:两种焊接接头均未发现缺陷,焊接接头性能较好。与0.82 kJ/mm热输入比较,0.62 kJ/mm热输入下的焊接接头冲击韧性及硬度较好,熔合线较窄,晶粒度较为细小,拉伸数值较高,更加适用于T4003铁素体不锈钢与Q450NQR1耐候钢异种钢焊接。     

Microstructure and mechanical properties of dissimilar welds between 16Mn and 304L in underwater wet welding

Dissimilar joint between 304L austenitic stainless steel and low-alloy steel 16Mn was underwater wet welded using self-shielded nickel-based tubular wire. Microstructure, mechanical properties and corrosion behaviour of dissimilar welded joints were discussed. Ni-based weld metal was fully austenitic with well-developed columnar sub-grains. Type II boundary existed between Ni-based weld metal and ferritic base metal in underwater welds similar to that in air welds. Major alloying elements distributed non-uniformly across the austenitic weld metal/16Mn interface. Maximum hardness values in wet welding appeared in a coarse-grained heat-affected zone at the 16Mn side, which possessed very low impact toughness. Underwater Ni-based welded joints fractured at Ni-based weld metal under tensile test. Ni-based weld metal had favourable corrosion resistance similar to 304L base metal.