SK5钢闪光对焊工艺研究与应用

针对SK5钢开展闪光对焊试验,对其焊接接头的显微组织、拉伸性能、显微硬度、弯曲性能进行分析,探索合适的SK5钢闪光对焊焊接生产工艺。结果表明,采用合适的焊接工艺参数,可以获得优质的闪光对焊焊接接头,焊缝区组织由针状和片状马氏体+残余奥氏体组成,热影响区组织由针状和片状马氏体+少量铁素体组成,生成硬脆的片状马氏体组织,组织脆化;焊后进行200℃低温回火处理后焊缝区生成低碳马氏体组织,热影响区生成低碳马氏体和回火马氏体组织,焊接接头组织得到改善,同时其拉伸性能及弯曲性能得到提升。采用合适的闪光焊工艺条件,焊后200℃低温回火处理,能够满足SK5耐磨环焊接应用要求。

双相钢/镁合金添加Sn箔激光热传导焊及数值模拟

采用光纤激光器作为焊接热源,对1.4 mm厚DP600双相钢和1.8 mm厚AZ31镁合金平板试件进行钢上、镁下搭接、钢/镁层间添加Sn箔的激光热传导焊试验,通过试验调整优化焊接工艺参数,获得最佳焊缝成形,采用卧式金相显微镜、带有能谱仪(EDS)的扫描电镜、X射线衍射仪(XRD)等观察添加Sn箔钢/镁接头的显微组织、界面元素分布和相结构组成;利用ANSYS有限元软件,考虑材料物性参数的温度相关性、初始条件、边界条件等因素影响,建立钢/镁异种金属激光焊接非线性三维传导有限元模型,模拟计算钢/镁焊接接头的温度场分布。结果表明:添加Sn箔可实现钢/镁之间的有效连接,焊接模式为激光热传导焊,模拟计算获得熔池形状、尺寸与实际焊缝基本吻合,验证采用高斯体热源模型用于模拟双相钢/镁合金焊接接头温度场的合理性;由于添加Sn箔减缓从上层钢板向下层镁合金的热量传递,起到一定程度的隔热效果,利于熔沸点差异大的钢、镁同时熔化,此外上层钢侧冷却速度降低,延长钢板与Sn箔中Fe、Sn元素的相互扩散时间,导致钢/镁界面中钢侧过渡区域生成FeSn、Fe_(1.3)Sn、Fe_3Sn等Fe-Sn相,镁侧过渡区域生成Mg_2Sn相。因此,添加Sn箔有助实现双相钢/镁合金异种金属的有效连接。

双相钢/铝合金激光搭接焊添加Mn粉的作用

通过双相钢/铝合金有无添加Mn粉激光焊接的对比,揭示钢上、铝下激光搭接焊时Mn粉的作用。对焊接过程进行金属蒸气/等离子体形貌分析及光谱采集,发现添加Mn粉激光焊接时,金属蒸气/等离子体颜色明亮,光谱相对强度和金属蒸气/等离子体的电子密度增加;焊缝EDS分析发现,添加Mn粉时,熔池内部Fe、Al混合宽度减小,铝侧熔池两侧的Al含量增多;剪切试验发现,添加Mn粉焊接接头的平均抗剪强度提高,断口呈现混合断裂特征。由于添加Mn粉加快钢/铝层间热量传递,受热分解产生的金属蒸气在排出过程中,产生强烈向下的反冲作用力,使下层铝合金板材中的焊接匙孔加深,同时,金属蒸气改善下层铝合金的高反射率状况,促进铝合金吸收激光能量,导致焊接熔深增加。此外,熔池流动行为发生改变,下层Al向上层钢侧的扩散受到抑制,熔融态Al向熔宽两侧迁移,在减弱熔池内部Fe、Al混合程度、降低钢/铝界面Fe-Al化合物层厚度的同时,上、下板结合处的焊接熔宽加大,因此添加Mn粉改善钢/铝焊接接头的力学性能。

钢/镁异种金属搭接添加Sn箔激光熔焊接头的微观组织分析

采用光纤激光器作为焊接热源的激光熔焊工艺对双相钢DP600和变形镁合金AZ31进行添加Sn箔的搭接焊研究。通过调整焊接参数获得最佳焊接成形,采用卧式金相显微镜、带有能谱仪(EDS)和电子背散射衍射(EBSD)探头的扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等观察焊接接头的微观组织、相分布、晶粒大小、元素分布和相结构组成。结果表明,添加Sn箔激光熔焊是一种适用于Fe和Mg异种材料连接的有效方法,通过过渡区域形成新相可实现Mg/Fe有效连接。实验还发现,钢上、镁下搭接激光熔焊上层双相钢的热影响区未出现明显的软化组织,焊接熔池和钢/镁接头过渡区域未见大规模氧化物和气孔缺陷,钢侧过渡区域生成Fe Sn、Fe1.3Sn、Fe3Sn等Fe-Sn相,镁侧过渡区域生成柱状枝晶的Mg2Sn相,这些新相的存在可实现钢/镁异种金属的"双向"冶金结合。

添加Si粉激光深熔焊钢/铝接头的显微组织与性能

钢/铝结构件在现代交通领域具有广泛应用前景,易生成脆性Fe-Al化合物是钢/铝异种金属焊接亟待解决的难题。采用光纤激光器对1.4mm厚DP590双相钢和1.2 mm厚6016铝合金进行添加Si粉激光深熔焊接实验,利用卧式金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射和微机控制电子万能试验机等研究添加Si粉前后焊接试样金相组织、断口形貌、界面元素分布、主要物相与接头力学性能,采用高速摄像机同步拍摄焊接过程中金属蒸汽/等离子体形貌,采用光谱仪采集金属蒸气/等离子体的发射光谱。结果表明,激光功率2 000W,焊接速度50mm/s,离焦量+2mm,Ar气为保护气体且流量为15L/min条件下,添加Si粉焊接试样焊缝表面成形性良好,没有气孔、裂纹等缺陷,焊接接头平均线载荷108 N/mm,与没有添加Si粉相比,线载荷提高8%。由于添加Si粉增大焊接试件对激光能量吸收,增加焊接熔深,熔宽两侧Al含量变化不大,焊缝区晶粒未粗化,钢、铝熔池流动性得到改善,钢/铝界面层厚度降低,Si与Fe、Al发生冶金反应形成延性Al0.5Fe3Si0.5新相,抑制或减少脆性Fe-Al化合物生成,因此添加Si粉能改善焊接接头力学性能。

Zr-Sn-Nb-Fe锆合金薄板激光对接焊及数值模拟

焊接过程中锆合金板材的温度在300℃以上时锆合金易吸收氢、氧、氮等气体杂质,这些气体杂质使得锆合金的力学性能急剧下降,加强焊缝及热影响区的隔离保护和合理制定焊接工艺参数是获得优良焊接质量的关键。以光纤激光器为热源,对厚度为0.7 mm的Zr-Sn-Nb-Fe(锆-锡-铌-铁)合金薄板进行激光对接焊试验,采用ANSYS有限元软件,建立激光对接焊非线性三维传导有限元模型,模拟计算Zr-Sn-Nb-Fe合金薄板的温度场分布。结果表明:模拟计算获得的熔池形状、尺寸与实际焊缝基本吻合,验证了采用高斯面热源模型来模拟Zr-SnNb-Fe合金薄板激光对接焊温度场的合理性;温度场最终呈现流星状的稳定分布,焊缝附近等温线密集,焊缝熔宽窄,热影响区小,板材表面温度在300℃以上的区域的宽度随激光功率的增大而增大,随焊接速度的增加而减小;在激光功率为1300~1500 W,焊接速度为50~70mm/s,离焦量为+1^+2mm,氩气保护喷嘴直径为8~12mm的条件下,Zr-Sn-Nb-Fe合金焊接试样的抗拉强度与母材基本相当,获得了良好的焊缝质量,焊缝无气孔、裂纹等缺陷,晶粒细小,主要元素含量相对母材无明显变化,焊接试样具备较高力学性能。