高温合金熔化焊的研究现状及发展趋势

综述了高温合金熔化焊的研究进展.对电弧焊、电子束焊和激光焊等常见高温合金熔化焊工艺技术的优势和应用范围进行了阐述;介绍了常见的焊接裂纹类型,并对凝固裂纹、晶界液化裂纹、应变时效裂纹和失塑裂纹的形成机理及影响因素进行了概括总结;此外,从热输入、材料的成分和微观结构以及焊接残余应力等方面探讨了提高熔化焊焊接性的主要技术方法.由于母材合金成分和组织结构与焊接性能密切相关,在未来的发展中,应加强对新兴高温合金和传统不可焊高温合金等的成分设计,此外,也应关注焊接工艺技术的完善以及焊前和焊后处理方法的改进,协同提高高温合金的焊接性能,促进高温合金熔化焊的广泛应用.

微量元素对超大线能量EH36船板热影响区粗晶区组织和性能的影响

通过焊接热模拟研究了在超大线能量下焊接时Al元素、Mg元素和Ti元素含量对EH36高强船板钢热影响区粗晶区组织、性能的影响规律,采用Thermo-Calc热力学计算与SEM,EDS测试相结合的方法揭示了Al元素、Mg元素和Ti元素含量与母材中氧化物类型、尺寸、数量及粗晶区相变的关系.结果表明,Al_(2)O_(3)无法诱导针状铁素体相变,当Al元素质量分数低于0.005%时,钢中可形成Mg元素、Ti元素或其复合氧化物,可促进粗晶区针状铁素体相变.Mg元素和Ti元素联合添加时,当Mg元素质量分数由0.0042%降低为0.0013%,氧化物类型由MgO转变为Mg_(2)TiO_(4),经统计20个视场内的氧化物数量由408个提高到503个,平均直径由1.37μm减小到1.10μm,显著提高了非均匀形核的比表面积,抑制了晶界铁素体的形成,使t8/5=300 s时粗晶区热模拟试样-20℃冲击吸收能量由43 J提升到127 J.

不同药芯焊丝工艺条件下X80管线钢焊缝组织与性能对比

为保障管线安全、平稳运行,提高管线环焊缝的可靠性,对已经投用的2条X80管线环焊缝进行对比分析。2条X80管线的环焊缝的焊接方法为药芯焊丝自保护焊(FCAW-S)和药芯焊丝气保护焊(FCAW-G),对比分析了焊缝的化学成分、金相组织、硬度、拉伸强度和冲击韧性等方面。分析发现,2种焊接方法获得焊缝均比母材Ni含量高,Cr、Mo含量低;FCAW-S焊缝的Al、N含量远高于FCAW-G焊缝及母材。FCAW-S焊缝晶粒内,亚结构尺寸大、取向的多样性低。与FCAW-G焊缝相比,FCAW-S焊缝的硬度高,屈服强度低、抗拉强度较为接近。由系列冲击试验可见,FCAW-S焊缝的韧脆转变温度为12.2℃,比FCAW-G焊缝高55.6℃。据此推断相同条件下,采用FCAW-S焊接的环焊缝发生脆性断裂的概率大。

装甲钢低相变点马氏体焊缝金属韧性劣化及其控制

综述了装甲钢低相变点马氏体焊缝金属韧性劣化及其控制。结果表明,低相变点马氏体焊缝金属常温冲击韧性低于母材的韧性劣化或韧性不稳定现象,与不同焊接方法所形成的马氏体焊缝显微组织及其含氧量的差异密切相关。降低焊缝马氏体相变温度的相关化学元素和成分含量在一定程度上有利于改善焊缝韧性,但焊缝化学成分并不是影响焊缝韧性的唯一因素。GTAW试样比GMAW试样焊缝冲击韧性高,焊缝中的含氧量是焊缝冲击韧性提高的内在因素。以形成低相变点马氏体组织为目标焊缝化学成分的控制和以焊缝中氧含量极低焊接方法的选用原则,是控制装甲钢焊缝韧性的有效途径。

TA18钛合金TIG焊接头组织及耐腐蚀性能研究

采用2B实芯焊丝对12 mm厚的TA18钛合金板进行了TIG焊试验,研究了TA18钛合金TIG焊接头的显微组织,不同腐蚀介质中的电化学和应力腐蚀行为。结果表明:TA18钛合金接头焊缝区域分布大量粗大的柱状晶和少量等轴晶,在盖面、打底及中间填充层存在部分网篮组织;热影响区主要由针状的α’(α’)相、残余α相和β相组成。在3.5%NaCl溶液中进行电化学腐蚀试验,TA18钛合金接头各区域的耐腐蚀性能从高到低为:母材>焊缝>热影响区。比较TA18钛合金接头在大气环境和模拟海水环境中的慢应变速率拉伸应力-应变曲线,表明该接头的力学性能受海水影响不明显,且对海水的应力腐蚀敏感性较低。

Inconel 718合金激光增材修复关键工艺优化

为了进一步优化制备试样的成形质量并延长其服役寿命,首先探究了工艺参数对激光增材修复Inconel 718合金成形质量及力学性能的影响,采用正交设计试验方法进行Inconel 718合金单道沉积层熔覆试验,观察了不同工艺参数下单道熔覆层的表面形貌并测量其宽度和高度,通过极差值与排序结果,分析工艺参数对单道熔覆层几何形状的影响规律,得到3个主要的工艺参数对单道熔覆层形貌的影响排序,从而获得最优的工艺参数组合;之后,利用调控后的工艺参数成功制备出无裂纹、孔隙等缺陷的块状Inconel 718合金试样,选择激光功率为主要探究因素,研究激光功率对熔覆块状Inconel 718合金显微组织、硬度、抗拉强度和断后伸长率的影响,构建工艺参数,显微组织与力学性能间的联系.结果表明,激光功率和粉末供给速率分别为影响熔覆高度和宽度的主要因素;当激光功率为1600 W,扫描速度为12.5 mm/s,送粉速率为8 g/min时,由于温度梯度和冷却速度的影响,熔覆试样的微观组织致密、晶粒细小,枝晶间距适当,具有优异的抗拉强度和断后伸长率.

热处理对9Ni钢焊接接头组织和性能的影响

针对运输船用9Ni钢,明晰9Ni钢焊接接头在低温下的塑韧性恶化机理。经手工电弧焊加工后,研究热处理工艺对9Ni钢焊接接头组织和性能的影响规律。结果表明:经调质(QT)热处理后,接头热影响区逆转奥氏体一般分散在晶界周围,马氏体板条界上也有析出的趋势,但和晶界分布相比其含量极少;相比QT热处理,经过两相区(QLT)工艺后接头热影响区的逆转奥氏体数量增加许多,弥散分布在各种晶界处且晶粒更加细小;熔合区的组织更加细小,更加弥散,板条马氏体更明显,方向性更好,主要是L阶段有一定的细化晶粒作用;接头焊缝的冲击吸收能量增加更多,QLT可以让焊缝低温韧性提升更多;两种热处理工艺下冲击断口都为典型的韧窝型断口。

热处理工艺对40CrNiMoA合金组织及力学性能的影响

为了提高矿用链轮耐磨性,延长其使用寿命,选取电渣离心铸造40CrNiMoA合金链轮件作为母材,研究热处理工艺对40CrNiMoA合金组织和力学性能的影响。采用正交试验法,研究不同热处理工艺对合金显微硬度、摩擦磨损及拉伸强度等力学性能的影响,并将测试结果进行极差分析和综合加权评分计算,得出最优热处理工艺参数,最后进行试验验证。结果表明,正交试验法得到的最优热处理工艺为880℃淬火0.5 h,600℃高温回火2 h,样品热处理后的组织主要为回火索氏体,维氏硬度为364 HV,抗拉强度为1166 MPa,磨损率为0.427×10^(-4)mm^(3)/(N·m);验证试验结果与正交试验分析结果相近,且热处理后的样品性能可达到使用要求。研究结果可为矿用链轮件热处理工艺提供理论依据,对有效解决链轮耐磨性和使用寿命问题具有参考价值。

长时高温时效对T23水冷壁焊接接头CGHAZ微观组织的影响

通过高温时效方法分析了焊后未热处理T23水冷壁管焊接接头粗晶热影响区(coarse grained heat affected zone,CGHAZ)在服役过程中形成再热裂纹的微观机理,揭示了工程中未热处理T23水冷壁接头在机组启机后,短期运行容易发生开裂泄漏的内在原因.采用材料表征手段对未时效和高温时效处理后的水冷壁焊接接头CGHAZ硬度、微观组织、析出物物相等进行系统分析.结果表明,在530℃时效100 h后,CGHAZ硬度出现由晶内弥散强化导致的二次硬化现象,随着时效(运行)时间增加,CGHAZ硬度逐渐降低,但时效1000 h后,CGHAZ硬度仍有319 HV高于标准要求;在600℃温度下,随着时效时间的增加,CGHAZ硬度随之降低,组织回复、再结晶、马氏体板条宽化、位错密度降低、C元素及合金元素从基体析出等因素导致的CGHAZ硬度降低作用高于MX碳化物在晶内弥散析出导致的硬度升高,M_(23)C_(6)型碳(氮)化物在晶界、亚晶界逐渐析出和长大.

基于结构应力法的碳钢焊接结构疲劳评估

焊接结构服役安全与寿命一直备受关注,在断裂力学的基础上建立的Master S-N曲线适用于不同接头形式的焊接钢结构抗疲劳设计。文中基于网格不敏感性的结构应力法对正交异性桥面板、T型接头、平板和管板焊接结构进行了疲劳性能评估。在疲劳评估的过程中,量化分析了焊接变形、焊缝尺寸、焊后残余应力等因素对复杂焊接结构的影响,并分别以角变形、平均应力为修正系数对疲劳数据进行修正。结果表明,正交异性桥面板结构、考虑角变形后的T形接头、考虑残余应力影响的平板和管板结构的疲劳数据均处于Master S-N曲线的两倍误差带以内,证实Master S-N曲线是焊接结构抗疲劳设计的首选曲线。

Mn含量对Inconel718板材焊接接头组织性能的影响

采用w[Mn]<0.01%、0.24%、0.34%三种不同合金的固溶态Inconel718热轧板材进行直流脉冲电弧焊接,经双级热时效处理后进行室温拉伸实验,研究Mn含量的变化对焊接接头微观组织及时效态力学性能影响规律。结果表明,三种不同Mn含量焊接接头组织中只存在Laves相,没有δ相析出,随着w[Mn]由<0.01%提高至0.34%,焊接接头中Laves相析出体积分数略有增多。经过双级热时效处理后,γ’’开始析出,焊接接头组织中Laves相含量略有减少。与时效态母材拉伸性能相比,焊接接头拉伸强度和伸长率有所降低。且随着Mn含量的增加,时效态焊接接头拉伸性能略有降低,抗拉强度由1250 MPa小幅降低至1178 MPa和1213 MPa,三种不同Mn含量的焊接接头时效态拉伸样品断裂位置皆为焊缝区域,且均为韧性断裂。

Q460NH耐候钢药芯焊丝焊接接头力学性能与组织研究

Q460NH是低合金高强度耐候钢,采用自制的CHT81W2药芯焊丝进行焊接,得到组织合理、力学性能良好的焊接接头。焊缝金相组织主要为先共析铁素体、板条铁素体、针状铁素体以及粒状贝氏体;热影响区组织主要有板条贝氏体和粒状贝氏体;焊缝、热影响区、母材的显微硬度呈梯度分布,并且依次下降。焊接接头各区的低温冲击韧性均达到标准规定的要求,具有良好的冲击性能;母材的断裂方式以延性断裂为主,断口微观形貌主要是韧窝;焊缝及热影响区的断口微观形貌为韧窝+准解理形貌。

在役15Cr1Mo1V钢再热蒸汽管道焊接接头组织及性能分析

以某电厂在役的15Cr1Mo1V钢再热蒸汽管道焊接接头为研究对象,对其显微组织、硬度、室温和高温拉伸性能进行了分析。结果表明:再热蒸汽管道焊接接头热影响区和焊缝区的晶内及晶界处有颗粒状的析出物,接头组织出现老化现象。管道焊接接头热影响区和焊缝区的硬度较高,增加了管道脆性失效的风险。室温与高温拉伸结果表明焊缝的强度高于母材,塑性略低于母材,说明无论在室温还是高温环境下焊缝优先失效的风险均较低。

氢氧含量对低氧铜扁线焊接性的影响研究

目的研究TIG焊接过程中低氧铜扁线氢、氧含量对扁线焊接接头的影响。方法以规格为3 mm×2 mm的无氧铜扁线和不同氢、氧含量的低氧铜扁线为研究对象,采用氩弧焊接(TIG)方式,系统研究了不同种类扁线母材及焊接接头的微观组织和焊后力学、电学性能。结果无氧铜扁线经TIG焊接后,焊接接头处没有产生明显的气孔,焊接接头性能良好,其抗拉强度及塑性均与母材的相当。低氢低氧、低氢高氧扁线焊接接头出现少量的气孔,破断力值分别为678 N和654 N。而高氢低氧、高氢高氧扁线焊接接头出现大量的大气孔,破断力值分别为208.7 N和126 N。不同氢氧含量的低氧铜扁线焊后导电率无明显变化。结论低氧铜扁线焊接接头内部气孔的数量和尺寸受氢、氧含量的影响,相比之下氢元素的影响更大。

基于XFEM的X80管线钢焊接接头三维裂纹萌生扩展仿真分析

利用有限元软件ABAQUS,以X80管线钢不同坡口形式的焊接接头为研究对象,基于扩展有限元方法(XFEM),对X形和V形两种不同形式坡口的焊接接头在拉伸载荷下的裂纹扩展形态进行数值模拟分析。结果表明,裂纹尖端首先出现了应力集中,应力分布趋势与理论计算的塑性区形状大致相同。利用XFEM方法模拟裂纹尖端自由扩展,X形坡口和V形坡口的焊接接头裂纹首先出现在焊缝并靠近熔合线处,且二者的扩展路径一致,在相同条件下,X形坡口的焊接接头焊缝处最先出现裂纹,V形坡口的焊接接头焊缝处裂纹出现的时间较X形坡口出现裂纹的时间晚。

轧制组织对304L/Q345R复合板焊接裂纹敏感性的影响规律

复合板热轧过程中的组织演变、界面元素扩散以及脆性相析出,对其焊接质量有着重要影响.一些焊接性评定方法在测试裂纹敏感性时并不会开裂,所以将筋板拘束裂纹敏感性试验方法用于研究轧制组织对304L/Q345R复合板裂纹敏感性的影响规律.在拘束应力与热处理条件相同时,通过在板厚方向不同位置开设坡口进行焊接裂纹敏感性试验,来反映不同轧制组织特征对焊接裂纹敏感性的影响.结果表明,当复合板基层中有脱碳层时,开X型坡口,钝边位于碳钢层与不锈钢层交界处,裂纹率为0;当基层组织中有轧制带时,开X型坡口,钝边位于碳钢层1/2处,裂纹率为0;当基层组织中出现马氏体时,开V型坡口,钝边位于碳钢层底部,裂纹率为11.3%,裂纹长度为69 mm.焊接裂纹为液态薄膜造成的结晶裂纹,裂纹出现在焊缝中心位置,裂纹两侧为均匀的柱状晶组织.裂纹附近存在S、P元素的聚集,以及大量Si、Mn元素以非金属形式析出的夹杂和偏析,增大了热裂敏感性,导致裂纹的萌生和扩展.

热处理对9Ni钢焊接接头低温性能的影响

针对天然气罐用9Ni钢及其焊接接头在低温条件下塑韧性恶化问题,研究9Ni钢经手工电弧焊后,调质热处理(QT)和两相区热处理(QLT)工艺对焊接接头低温性能的影响规律。结果表明:QT热处理优化方案为淬火温度800℃、回火温度570℃,其热处理过程淬火温度对9Ni钢低温性能的作用主要是由裂纹扩展功完成,回火温度对9 Ni钢接头低温性能的作用是由裂纹形成功来完成;QLT优化方案为淬火温度800℃、中间淬火温度670℃、回火温度570℃,其淬火温度对9Ni钢低温性能影响很少,中间淬火温度对9Ni钢材焊接接头低温性能影响主要由裂纹扩展功完成,回火温度对9Ni钢接头低温性能的作用主要是由裂纹扩展功完成。

基于内根焊的X80钢管道全自动焊接接头组织与性能

【目的】在X80钢管道全自动焊接过程中,改变预热温度对焊接接头的组织与力学性能具有一定影响。该文系统地研究了严寒条件(-30℃)、预热80℃及预热120℃对X80钢管道内根焊全自动焊接接头的组织和力学性能的影响规律。【方法】通过光学显微镜(OM)及扫描电子显微镜(SEM)对接头的显微组织进行观察,并从拉伸试验、冲击试验、弯曲试验及硬度测试等方面对不同预热条件下的焊缝进行了力学性能的表征。【结果】结果表明,焊接接头显微组织主要由柱状晶组成,还有少量的等轴晶,预热温度的提高减小了显微组织中柱状晶的尺寸,强度和冲击韧性差异较小,不同预热温度下进行拉伸的试样均在母材处断裂;弯曲试验中预热80℃下局部出现最大为0.6 mm的裂纹,预热120℃的试样均未出现裂纹和其他缺陷。【结论】接头的硬度随着预热温度的提高呈现减小趋势;在低温环境下,预热是获得综合性能良好的焊接接头有效措施,在120℃预热条件下接头性能最佳。

铝合金电弧增材与激光冲击强化复合制造组织与性能

对电弧增材铝合金试样进行激光冲击强化,观察激光冲击强化对电弧增材铝合金材料的现象,分析了激光冲击强化对电弧增材铝合金微观组织和力学性能的影响。激光冲击强化后,未影响区域的微观结构与电弧增材试样的结构相似,由细长的柱状晶区和位于柱状晶区之间的细小等轴晶区组成;受影响区中杂乱分布着的中等大小的等轴晶及较长的柱状晶。激光冲击改变了材料微观结构,出现了中等大小的等轴晶,减少了气孔。激光冲击强化后,增材铝合金表面均产生了残余压应力场,在合理的工艺参数下,可以获得最大残余压应力约为−124 MPa。在不同试验参数下,冲击能量、冲击次数和搭接率的提高都能增加铝合金的显微硬度和影响深度,证明激光冲击强化技术显著提高了电弧增材铝合金试样表面性能,在改善力学性能方面有重要作用。

高性能桥梁钢焊接性能研究

采用高性能Q370qE-HPS桥梁钢板和正火Q370qE桥梁钢板为研究对象,按照欧洲标准EN1011-2计算可以得到Q370qE-HPS钢不需预热或需要更低的预热温度进行焊接就可避免氢致开裂;对2种不同钢板分别进行焊接热影响区最高硬度试验和对接接头焊接热影响区系列温度冲击韧性试验。试验结果表明,Q370qE-HPS钢中C含量的降低能有效降低其焊接热影响区硬度,提高焊接热影响区韧性,降低焊接冷裂纹倾向,改善其焊接性能;Q370qE-HPS钢较正火钢板更容易焊接,更适合工程应用。