TP304/Q235不锈钢复合钢板焊接组织性能研究

采用焊条电弧焊以及埋弧焊工艺对TP304/Q235复合钢板进行焊接试验,研究了焊接接头的显微组织、合金元素分布、力学性能和显微硬度。试验结果表明:复合钢板复层TP304焊缝和基层Q235焊缝的显微组织分别为奥氏体+铁素体(伴有魏氏组织)和铁素体+珠光体。复层TP304母材侧合金元素Cr、Ni的质量分数低于复层焊缝侧,随着距离复层母材位置的增加,Cr、Ni的质量分数表现出了缓慢上升的趋向,整体呈阶梯状分布。复合板接头抗拉强度处于TP304母材和Q235母材之间,且断裂位置为母材处。复层TP304侧焊接接头和基层Q235侧焊接接头的显微硬度分布趋势相似,表现为热影响区和焊缝金属的硬度值高于母材,且峰值都出现在热影响区内,分别为265 HV左右和440 HV左右。综上所述,在本次试验研究条件下,所得到的TP304/Q235复合钢板组织性能优越,保证了接头质量,为不锈钢复合钢板在化工生产和石油管道等领域的应用积累了经验。

蒸汽发生器异种钢焊接接头疲劳裂纹扩展研究

钠冷快堆是我国发展第4代先进核能系统的主力堆型,蒸汽发生器是钠冷快堆重要部件.为了保证蒸汽发生器的安全性和可靠性,对异种钢焊接接头进行疲劳裂纹扩展行为研究.异种钢焊接接头共有6个不同微区,分别为F22母材、F22侧热影响区、隔离层、堆焊层、对接焊缝及316H母材.对异种钢焊接接头进行硬度测试、显微组织观察、疲劳裂纹扩展试验,利用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)进行微观组织观察.F22母材组织主要为铁素体、珠光体和贝氏体,F22侧热影响区组织主要为铁素体和珠光体,隔离层、堆焊层、对接焊缝主要组织为奥氏体和δ铁素体,316H母材组织主要为奥氏体.F22母材的显微硬度最小,隔离层显微硬度最大,堆焊层、对接焊缝、316H母材的显微硬度逐渐下降,F22侧热影响区显微硬度变化较大.在低ΔK时,F22母材的疲劳裂纹扩展速率最快,隔离层、堆焊层、对接焊缝、316H母材的疲劳裂纹扩展速率逐渐变缓,随着ΔK的增加,隔离层的疲劳裂纹扩展速率变化最快,这是因为隔离层裂纹逐渐向F22母材侧偏转,使得其抵抗疲劳裂纹扩展能力逐渐降低.δ铁素体会影响隔离层、堆焊层、对接焊缝的抗疲劳裂纹扩展能力.F22母材和F22侧热影响区的疲劳裂纹断口撕裂最严重,隔离层、堆焊层、对接焊缝的断口平坦度逐渐增加,316H母材的疲劳裂纹断口形貌最平坦,与抗疲劳性能相对应.

焊前热处理对J55钢自动TIG焊接头组织性能的影响

目的针对J55钢焊接性较差、接头热影响区(HAZ)易出现脆硬马氏体组织等问题,在焊前对J55钢母材进行热处理,研究其焊接接头。方法在焊前对J55钢母材进行了760℃与880℃的热处理,采用TIG焊方法进行了焊接,研究了热处理前后TIG焊对接头显微组织和力学性能的影响。结果经焊前760℃热处理后,母材中的珠光体(P)含量显著减少并且发生细化,焊后接头HAZ组织转变为晶界铁素体(GBF)、针状铁素体(AF)和P;经焊前880℃热处理后,母材的显微组织主要为多边形铁素体(PF)和AF,在焊后接头的HAZ中形成了PF、贝氏体(B)和M-A组元。2种热处理接头焊缝区(WZ)的盖面层组织为GBF和AF,靠近和远离盖面层的打底层组织主要为PF和P;未热处理接头HAZ组织为PF、B和马氏体(M)。与2种热处理接头相比,未热处理接头的显微硬度居中,抗拉强度最高,延伸率最低,拉伸断裂位于熔合线与HAZ之间,断口呈脆性断裂特征。与760℃热处理相比,经880℃热处理的焊接接头HAZ显微硬度最高值达523HV,为760℃热处理的2.2倍,接头抗拉强度提高了2.2%,但延伸率降低了7.6%。2种热处理接头拉伸后均断裂在母材,断口均呈韧性断裂特征。结论先在焊前对J55钢母材进行热处理再采用TIG焊进行焊接,可获得力学性能优异的焊接接头,在焊前760℃热处理的条件下,得到的接头力学性能最优。

水轮发电机组导轴承瓦堆焊制造工艺及性能研究

在大型水轮发电机组中,导轴承装置是最重要的组成部分之一,直接影响水轮发电机组的可靠运行。导轴承瓦传统上多为双金属(钢和巴氏合金)铸造工艺制造,传统铸造方法生产的巴氏合金瓦在机组运行中,经常出现轴瓦表面产生划痕、裂纹、巴氏合金轴瓦与轴瓦壳体(钢基体)发生剥离等情况,机组被迫停机修复,造成的经济损失巨大。为此,开展了水轮发电机组用推力轴承瓦部件熔化沉积制造工艺的研究和攻关工作,通过堆焊技术在水轮发电机导轴承瓦制造上的应用,产品质量和性能大幅提升。

Si元素对800 MPa级HSLA钢焊材熔敷金属组织及韧性的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)等试验,分析了不同Si元素含量(质量分数,%)对800 MPa级低合金高强(HSLA)钢焊材熔敷金属组织特征及韧性的影响.结果表明,当Si元素含量从0.45%增加到0.66%时,熔敷金属(0.035C-0.45Si-1.47Mn-2.56Ni-0.68Cr-0.62Mo)的屈服强度从850 MPa增大到895 MPa,抗拉强度从917 MPa增大到954 MPa,−50℃冲击吸收能量从115 J降低到73 J;当Si元素含量为0.45%时,熔敷金属显微组织主要由板条贝氏体及部分粒状贝氏体和板条马氏体组成,各组织间呈相互交织状分布;而当Si元素含量增大到0.66%时,组织主要由细长条状的板条马氏体及部分板条贝氏体组成;随着Si元素含量增大,组织长宽比明显增大,且组织之间趋于平行分布.熔敷金属由γ(奥氏体)→贝氏体/马氏体混合组织转变时的相变温度随着Si元素含量增加而降低,随着Si含量增大,熔敷金属板条和板条块亚结构由交织的短条状向平行的细长条状转变,板条束亚结构尺寸明显变大,板条束亚结构尺寸增加使熔敷金属的大角度晶界占比降低,熔敷金属的冲击韧性降低.

焊接速度对Q&P980钢搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响

通过搅拌摩擦焊接对Q&P980钢进行焊接,固定转速为400 r·min^(-1),焊接速度分别为50 mm·min^(-1)(低焊速)和600 mm·min^(-1)(高焊速),采用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射、显微硬度和拉伸性能测试等手段对焊接接头的微观组织和力学性能进行了表征,研究了焊接速度对接头微观组织和力学性能的影响。结果表明:相较母材,接头整体残余奥氏体含量降低,搅拌区晶粒明显细化和均匀化,有大量马氏体生成;热影响区晶粒略微粗大,显微硬度降低。与低焊速接头相比,高焊速接头峰值温度降低,材料流动范围较窄,热力耦合作用减弱;热影响区宏观尺寸减小,残余奥氏体含量增加,显微硬度提高,接头具有更好的变形协调性,接头抗拉强度和伸长率分别从1074 MPa、6.0%提高至1268 MPa、15.3%。

利用电化学和显色检测法分级评估316L不锈钢钝化膜完整性

针对核电和航天工程不锈钢设备服役在高温高盐海洋环境中钝化和损伤的质检评估,提出显色检测图像分析钝化膜完整性分级的方法。以不同钝化及其损伤状态的316L不锈钢为研究对象,通过显色检测的红色色度图像分析与电化学腐蚀行为检测,建立显色色度与耐蚀性的关系,并获得分级范围。结果表明,显色色度随钝化膜损伤程度增加而增大,随自钝化时间的延长而减小;二次局部损伤在直方图中具有双峰特征;色度百分比和面积百分比呈现双对数线性二阶段特征;动电位极化和阻抗表明,点蚀电位和界面反应阻抗随损伤程度的增加而减小;耐蚀性随显色色度的增加而下降;最终获得了316L不锈钢钝化膜完整性的三个色度等级范围。这可为不锈钢钝化膜质检分级评估提供理论基础。

Cu和Ni中间层对铝/钢异种金属搅拌摩擦搭接焊接头界面微观组织及剪切性能的影响

采用搅拌摩擦搭接焊(FSLW)对添加Cu和Ni中间层的6061-T6铝合金和QP1180钢进行焊接,研究接头微观组织及力学性能。结果表明, FSLW可以成功制备出成形性良好的Al-Cu-Fe及Al-Ni-Fe接头, Cu粉和Ni粉均与基体结合良好。Cu粉阻隔了Al-Fe之间的元素扩散,接头金属间化合物(IMCs)种类为Al Cu和Al_(3)Cu_(2),无Al-Fe IMCs生成;Ni粉无法完全阻隔Al-Fe之间的反应, IMCs种类为Al_(3)Ni_(2)和Al Fe_(3)。Al-Ni-Fe接头中产生的IMCs与基体之间的平均错配度低于Al-Cu-Fe接头中IMCs与基之间的平均错配度,表明Al-Ni-Fe接头中产生的IMCs与基体之间的结合强度优于Al-Cu-Fe接头中产生的IMCs与基体之间的结合强度,因此Al-Ni-Fe接头剪切强度(7.86 k N)优于Al-Cu-Fe接头剪切强度(4.62 k N)。

焊接热循环峰值温度对1000 MPa级超高强钢热影响区组织性能的影响

为研究1 000 MPa级超高强钢焊接热影响区(HAZ)不同区域的组织性能,采用焊接热模拟技术制备了试验钢在不同热循环峰值温度下的试样,通过夏比冲击试验研究了HAZ不同区域的冲击韧性。结果表明:在亚临界区(SCHAZ)、临界区(ICHAZ)和细晶区(FGHAZ),样品冲击吸收能量、裂纹扩展能量和动态冲击韧度较大,断口上形成较大面积的脚跟形纤维区和剪切唇,微观可看到大小不一的韧窝,样品冲击韧性较好;在粗晶区(CGHAZ),样品各项冲击数据均急剧下降,断口呈宏观脆性断裂,几乎全为放射区,微观下显示准解理断裂特征,表明裂纹扩展时受到的阻力减小,裂纹萌生后稳定扩展的时间减少,失稳扩展较快,样品的冲击韧性恶化,CGHAZ为HAZ中的韧性谷区;组织分析表明,粗大的晶粒和粗大的马氏体板条是导致CGHAZ脆化的主要原因。该结论为探究1 000 MPa级超高强钢在水电工程中的优选研制及工程应用奠定了理论基础。

焊接热输入对0Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢电弧焊接头组织与性能的影响

在不同焊接热输入(9,13,17 kJ·cm^(-1))下对0Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢板进行多层多道电弧焊,研究了焊接热输入对焊接接头显微组织与力学性能的影响。结果表明:不同焊接热输入下所得焊接接头焊缝和热影响区的组织均为板条马氏体、少量δ铁素体和残余奥氏体;随着焊接热输入的增大,焊缝和热影响区的板条马氏体变粗大,δ铁素体含量增多;不同焊接热输入下焊接接头的抗拉强度和屈服强度分别约为810,600 MPa,均高于母材且符合项目规定,屈强比均小于0.9,接头的拉伸性能良好,拉伸后均在母材处断裂;随着焊接热输入增大,冲击吸收能量减小,焊接热输入为9,13 kJ·cm^(-1)下冲击断口中的韧窝尺寸略大且均匀,接头的冲击韧性更好;不同焊接热输入下焊缝的硬度为310~340 HV,其平均硬度高于热影响区和母材,随着焊接热输入的增加,焊缝和热影响区的硬度均略微降低。

热输入量对890MPa臂架管焊接热影响区组织性能的影响

依据等强匹配原则,选用BHG-5焊丝对起重机臂架用890 MPa无缝钢管进行了斜Y型坡口焊接裂纹试验和不同热输入量的多层多道手动焊接试验,探究了材料的冷裂纹敏感性,以及不同热输入量对焊接接头组织和力学性能的影响。结果表明,预热温度为150℃时,可完全避免焊接冷裂纹的产生;随着热输入量的增加,焊缝金属接头强度变化不大,但焊接接头热影响区冲击韧性明显下降,选择小于20 kJ/cm热输入量焊接时可保证焊接接头具有较好的强韧性。

EH36厚壁海上风电用钢及其焊接热影响区的断裂韧性研究

目的开发大壁厚抗断裂、耐不同线能量焊接EH36海上风电用钢,满足深水海上风电平台的服役需求。方法试制了80 mm厚的EH36海上风电用钢,研究了不同温度下EH36的断裂韧性变化规律,并进行了7 kJ/cm和50 kJ/cm线能量的焊接试验。通过裂纹尖端张开位移(CTOD)试验,评估母材及焊接CGHAZ的断裂韧性。使用光学显微镜和电子显微镜对其微观组织及其CTOD试样断口形貌进行表征和分析。结果EH36的断裂韧性在−10~−30℃区间内保持较高的值,−40℃为该材料的韧脆转变温度,此时断裂模式从韧性断裂转变为脆性断裂,但其临界CTOD平均值仍高于标准要求。此外,7 kJ/cm热输入的CGHAZ临界CTOD平均值为0.658 mm,其微观组织主要由针状铁素体组成,50 kJ/cm热输入的CGHAZ临界CTOD平均值为0.468 mm,其微观组织主要由针状铁素体和粒状贝氏体组成。在电镜下观察到CGHAZ内含有大量由Ti的氧化物组成的高熔点夹杂物,大量针状铁素体在其周围形核并生长,可有效提升CGHAZ的断裂韧性。结论所开发的EH36厚壁海上风电用钢具有优越的抗断裂性能和焊接性能。

车厢结构用冷轧马氏体钢电阻点焊工艺性能研究

为评估和对比1.2 mm厚的SCR1000和SCR1200冷轧马氏体钢的电阻点焊工艺性能,采用OBARA DB-220型点焊机进行电阻点焊试验,对比了两个钢种的焊接电流窗口、焊点破坏模式、力学性能、金相组织、疲劳性能。研究结果表明:随着钢材强度的提升,整体焊接电流窗口逐渐向左侧偏移,SCR1200达到最小焊核直径、焊接飞溅的焊接电流均小于SCR1000;SCR1200上限电流焊点剪切力比SCR1000提升了8.9%,而SCR1000的焊点韧性较好,其断口韧窝更细小和密集;相对熔核区和母材区,SCR1000、SCR1200的点焊接头的热影响区出现了明显的软化区,但SCR1200的软化区硬度略高。在相同载荷下,SCR1200的疲劳寿命高于SCR1000,点焊接头的疲劳强度随着钢板强度的增加而提高。

Q690钢激光-MIG复合焊焊缝耐腐蚀性能研究

采用焊接效率较高的激光电弧复合焊对Q690钢中厚板(16 mm)进行焊接试验,分析不同激光功率下焊接接头的显微组织和晶粒尺寸的变化,及其开路电位、交流阻抗谱、极化曲线和腐蚀形貌,探讨激光功率对焊缝电化学腐蚀行为的影响规律。结果表明,激光-MIG复合焊焊缝的显微组织由大量针状铁素体和少量侧板条铁素体、粒状贝氏体组成,其中电弧区的针状铁素体、侧板条铁素体含量多于激光区,电弧区的晶粒尺寸比激光区略大;粗晶热影响区显微组织主要由板条马氏体组成。随着激光功率的增加,焊缝中粒状贝氏体含量减少,针状铁素体和侧板条铁素体含量增加。当激光功率从1.5 kW增至2.5 kW时,焊缝的开路电位上升,容抗弧半径增加,极化电阻变大,极化曲线有右移倾向,自腐蚀电流密度下降,耐腐蚀性能提高。但当激光功率增至3.0 kW时,由于组织过于粗大,耐腐蚀性能反而下降。激光功率为2.5 kW时,复合焊焊缝的耐腐蚀性能最佳。

钢结构参数化设计与机器人焊接离线编程应用

通过在三维绘图软件中用含变量尺寸标注的方式建立参数化模型,再建立数据采集程序,将主要的参数值与标签对应地输出为能被程序识别的文本格式;再将生成的文本导入参数化模型,以获得焊件模型;将转换格式的焊件三维模型导入RobotStudio,之后进行焊接指令的离线编程,并在软件中使用TCP路径跟踪,对焊枪尖部的运动轨迹进行了验证。

高强钢焊接接头优化方法研究现状

高强钢以出色的力学性能在焊接结构的应用量急剧增加,其焊接接头性能已逐步成为研究焦点。为了解决高强钢焊接易出现冷裂纹、热影响区软化脆化、低温冲击韧度不高等问题,获得高强钢焊接接头优良强韧匹配。在使用熔化极气体保护焊接工艺的基础上采用不同的高强钢焊接接头优化方法,对严格控制热输入、焊前预热并控制热输入和研发并采用药芯焊丝这3种焊接接头优化方法进行分析总结,对3种优化方法下的焊接接头微观组织及力学性能进行分析,发现通过这3种接头优化方法可避免焊接接头产生裂纹、获得良好的韧性组织和力学性能优良的焊接接头。

海上风电用S460钢焊接性能研究

为了研究海上风电用钢的焊接接头性能,以S460钢为研究对象,采用焊接热模拟方法对其焊接热影响区粗晶区进行了热模拟,建立了连续冷却组织转变图,并对粗晶区不同热输入的热影响区组织与性能特征进行了研究。结果表明:S460钢对焊接热输入具有较好的适应性,焊接接头具有优良的综合性能,热影响区具有较低的淬硬性,可以满足大容量风电用高性能厚板大热输入焊接的技术要求。

高锰铸钢ZGMn18与低合金铸钢G20Mn5焊接工艺研究

超大型单缸圆锥破碎机臂架衬板和上架体分别选用高锰铸钢ZGMn18和低合金铸钢G20Mn5,由于两者化学成分、物理性能和力学性能差异较大,焊后极易开裂。针对异种铸钢焊接开裂难题,分别选用熔化极气体保护焊和焊条电弧焊两种方式开展焊接工艺试验研究,通过选配奥氏体不锈钢焊接材料、焊前不预热、焊后不保温、控制层道间温度≤200℃及焊后锤击释放应力等方式优化焊接工艺,焊后分析了不同焊接方法下的静载力学性能,实现了高锰铸钢和低合金铸钢的可靠性焊接。

X2CrNiN18-7不锈钢CMT焊接参数对焊缝成形的影响

以4mm厚X2CrNiN18-7不锈钢CMT堆焊试验为对象,探究焊接速度、送丝速度、弧长修正、焊接方向及气体流量对焊缝外观的影响,并通过具体的单一变量试验来分析各个参数对焊接过程及焊缝成形的影响。

基于不同焊材的超高强钢与BS700高强钢焊接接头裂纹的试验研究

采用熔化极活性气体保护焊对抗拉强度大于1600 MPa的超高强钢与抗拉强度大于760 MPa的BS700高强钢进行焊接时,组合接头焊缝易出现焊接裂纹,为解决该问题,使用直径1.0 mm的ER70-G焊材或ER307Mo焊材,在打底焊接电流160~180 A、电压21~24 V,盖面焊接电流190~210 A、电压23~26 V条件下开展了焊接对比试验。工艺性和焊接性试验结果表明,使用ER307Mo焊材焊接的试样弯曲性能明显优于使用ER70-G焊材焊接的试样;使用ER70-G焊材焊接的试样焊缝存在未贯穿的微裂纹,焊缝断面裂纹率达到35.29%;使用ER307Mo焊材焊接的试样焊缝断面未发现裂纹。ER307Mo焊材更适合超高强钢与BS700高强钢的焊接。试验解决了超高强钢与BS700高强钢组合接头的开裂问题,为抗拉强度相差较大的异种高强钢的焊接提供了解决方案。