45钢特厚复合坯真空电子束焊接头裂纹倾向分析

采用真空电子束焊接方法封焊并制备45钢特厚复合坯,通过金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、维氏硬度计、冲击试验机等设备,分别分析了45钢复合坯封焊过程中不同位置(1#起弧处、2#中部、3#收弧处)接头组织与力学性能。结果表明,焊接位置由起弧处向收弧处变化时,接头熔深几乎不变,热影响区域面积逐渐减小。1#接头焊后冷却速度相对较慢,焊缝根部无裂纹产生,组织为针状马氏体与团块状托氏体混合物,硬度为588 HV,焊缝根部冲击性能为25.7 J,断口呈韧性断裂;2#及3#试样焊后冷却速度快,焊缝根部产生明显的穿晶裂纹,组织均为针状马氏体,随着焊后冷却速度的加快,马氏体数量增多尺寸变细;硬度分别升高至674 HV与729 HV,冲击性能下降,分别为18 J与13.7 J,并呈脆性断裂。

基于ABAQUS的EH36海工钢气电立焊数值模拟研究

为研究EH36海工钢气电立焊过程,以有限元软件ABAQUS为平台,建立了用于计算气电立焊焊接温度场和应力场的有限元模型。采用椭球体热源与高斯面热源的组合热源模型并通过DFLUX子程序实现,通过生死单元技术来控制焊缝的填充加载,通过实测得到EH36钢的热物理性能参数,模拟了气电立焊焊接过程。进行了焊接试验,并通过热电偶测得了焊板典型位置的热循环曲线。结果表明:焊后横向残余应力在立板的中间区域为拉应力,在其余区域为压应力。纵向残余应力在焊缝及其附近区域表现为较大的拉应力,而远离焊缝拉应力迅速衰减并过渡为压应力;计算得到的热循环曲线和焊缝形状与实际基本一致,表明了本文建立的气电立焊焊接模型的准确性。

镁合金变极性等离子缝焊接头微观组织分析

以5mm厚的变形镁合金AZ31B板材为主要试验对象,研究了变极性等离子缝焊的工艺特点。利用光学显微镜和X射线衍射仪(XRD)等分析测试手段,对焊接接头进行了微观组织分析。结果表明:镁合金变极性等离子缝焊的焊接所得的接头热影响区窄、焊缝区晶粒细小、无Mg17Al12和其他杂质相的存在,无明显缺陷。

镁合金小孔变极性等离子弧缝焊工艺

采用小孔变极性等离子弧缝焊工艺实现了AZ31B镁合金板材的连接,得到了高质量的焊接接头,焊后利用光学显微镜、万能拉伸试验机和显微硬度仪等设备对焊接接头的组织与性能进行了检测分析。结果表明,小孔变极性等离子弧缝焊工艺可以在不开坡口、不需背面强制成形保护的条件下,实现单面施焊双面获得良好的成形;焊接接头的热影响区不明显,平均拉伸剪切力能达到7.3kN以上;焊缝区组织均匀,晶粒细小,硬度值均高于母材;是一种理想的提高镁合金焊接效率和质量的方法。

大焊接热输入新型EH40船板热影响区的组织和性能

采用热模拟技术,研究了不同峰值温度T_m(1 350~750℃)、不同冷却速度(时间t_(8/5)为50~400 s)和不同二次循环制度(1 300℃+1 300℃,1 300℃+820℃,820℃+1 300℃,820℃+820℃)对新型EH40船板焊接热影响区(HAZ)性能和组织的影响。结果表明:峰值温度T_m为1 350℃时,冲击吸收能量最低,与母材相比,晶粒有长大的现象但并不严重;时间t_(8/5)为100 s时,冲击吸收能量最低,因为此冷却速度下生成长条状具有方向性的M-A组元,为裂纹的形成和扩展提供了条件,导致韧性下降;二次热循环作用下低温冲击韧性良好。各个热循环制度下的全部试样-20℃冲击吸收能量均高于200 J,表明了新型EH40船板良好的焊接性。

工业条件下Ti氧化物长大趋势研究

通过在 LF 炉采用 Ti-Mg 复合脱氧的方法,对工业条件下氧化物的长大趋势及对晶内铁素体的诱导析出作用进行了研究。结果表明,在 Ti-Mg 复合脱氧后的1~9 min 内,钢中氧化物数量由4.42×104个/cm2下降为3.21×104个/cm2,氧化物平均尺寸由1.5μm 增至2.30μm。以氧化物作为形核核心形成晶内铁素体。Al 加入钢液中,Ti、Mg 含量迅速降低,氧化物数量减少,尺寸增大,氧化物周围没有晶内诱导铁素体产生。

应用示波冲击法研究Q960钢焊接热模拟冲击韧性

利用示波冲击方法对Q960钢的焊接热模拟冲击韧性展开研究。对不同热输入下峰值温度分别为1 300℃、1 100℃和850℃的焊接热模拟试样进行了示波冲击和组织检验。结果表明:峰值温度为1 300℃时,热模拟试样的组织以马氏体为主,峰值温度为1 100℃和850℃时,热模拟试样的组织以贝氏体为主;峰值温度为1 300℃时,热模拟试样的裂纹扩展功Wp随焊接热输入的增加先升高后降低,峰值温度为1 100℃和850℃时,热模拟试样的裂纹扩展功Wp随焊接热输入的增加呈现降低的趋势。

外加磁场对电子束焊接成形性能的影响

分别在焊缝深度方向、垂直焊接方向、沿焊接方向设置外加磁场后,对15Mn合金钢板进行电子束焊接,研究了外加磁场对电子束焊缝成形、组织及性能的影响。结果表明:不同外加磁场条件下电子束焊缝质量良好,无裂缝、气孔和夹渣等焊接缺陷;磁场方向垂直焊接方向和沿焊接方向时,焊缝在表面和深度方向均发生偏转。与未设置外加磁场相比,磁场方向沿焊缝深度方向时,焊缝的深度和宽度增大;磁场方向沿焊接方向时,焊缝的深度不变,宽度增加,深度方向偏转角较小;磁场方向垂直焊接方向时,焊缝的深度减小,宽度增大,深度方向偏转角较大;焊缝显微组织和截面显微硬度的分布规律不受外加磁场方向的影响。

电子束诱导定向凝固对硅中Fe杂质分凝的影响

定向凝固是去除硅中金属杂质的主要技术,利用杂质在硅中的分凝效应将其富集到最后凝固区域,杂质分凝效果取决于其在固液界面前沿传输的驱动力。然而,在传统的定向凝固技术中,由热梯度提供的驱动力有限,只能通过降低凝固速率或增加凝固次数实现杂质的深度去除。本研究利用电子束降束诱导的方式实现了硅的定向凝固,并考察了Fe杂质的提纯效果及影响机制。结果表明,在电子束诱导凝固条件下,Fe含量被降低到0.2×10-6(质量分数,下同)以下,其扩散层厚度为4.13×10-4 m,比传统定向凝固的扩散层厚度小一个数量级,可以在较大的凝固速率下获得较好的提纯效果。电子束作用形成的大温度梯度强化了熔体对流,并且电子的定向迁移与杂质元素具有交互作用,增加了界面前沿杂质传输的驱动力。

Inconel617合金表面电子束熔覆NbMoCr显微组织和耐腐蚀性的探讨

为了提高Inconel617合金(简称617合金)材料的表面性能,利用电子束熔覆技术在617合金表面制备了NbMoCr熔覆层.对它的显微组织、硬度和耐腐蚀性能进行了研究,并与617合金进行了对比.结果表明,NbMoCr熔覆层的组织更均匀,晶粒更细小,气孔等缺陷更少,且生成了微量M23C6,Cr7C3,Cr4Si4Al13,CoCx等硬质相,提高了熔覆层的表面硬度及耐腐蚀性.经检测,熔覆层硬度相比617合金硬度高出86 HV10.电化学腐蚀测试表明,在1 mol/L H2SO4溶液中,617合金自腐蚀电流密度是NbMoCr熔覆层的5.16倍;在3.5%的NaCl溶液中,617合金自腐蚀电流密度是NbMoCr熔覆层的4.6倍;在1 mol/L NaOH溶液中,617合金自腐蚀电流密度是NbMoCr熔覆层的3.12倍.

热轧不锈钢复合板组织与性能分析

采用真空电子束焊接技术对304不锈钢和Q235B碳钢进行焊接组坯,以对称轧制方式进行热轧得到了1/6 mm规格的不锈钢复合板。通过拉伸试验机、金相显微镜和扫描电镜等设备对复合板板形、结合面组织和力学性能进行了检测分析。其结果显示:采用真空电子束焊接组坯和热轧工艺得到的304/Q235B复合板板形平整,板厚控制均匀,结合面无间隙,各项方学性能良好,其中剪切强度为450 MPa,远高于不锈钢复合板国家标准要求的210 MPa,达到了R1级标准。剪切接头断口存在大量韧窝,为韧性断裂且断裂位置为Q235B基层侧。

TA2/Q345B钛钢复合板复合界面缺陷分析

采用真空复合组坯+热轧技术制备了TA2/Q345B钛钢复合板,并通过光学显微镜、扫描电镜、万能拉伸试验机和弯曲试验机等对其微观组织和力学性能进行了观察、检验,研究分析了钛钢复合界面易产生的缺陷及其形成原因。结果表明,TA2复层和Q345B基层之间形成了冶金结合,整体结合良好,钛钢复合界面平整连续。但由于材料及工艺限制,钛钢复合板复合界面处易出现两种类型缺陷,这两种缺陷在钛钢复合板受力过程中均可作为裂纹源,对其界面的剪切和弯曲性能影响较大。

船板钢第二相粒子在大热输入焊接热循环中的变化

利用萃取复型和焊接热模拟技术,研究了不同焊接热循环条件下,大热输入焊接用EH40船板钢粗晶热影响区(CGHAZ)中第二相粒子尺寸、数量和分布等情况及其对该区域奥氏体晶粒长大的影响。结果表明,随着冷却时间(t_(8/5))的延长,CGHAZ中粒子的平均尺寸增大,粒子数量减少。但是,即使是在t_(8/5)=400 s时,CGHAZ中仍存在大量细小弥散的第二相粒子,有效阻止了奥氏体晶粒的长大,说明该船板钢具有优异的焊接性能。

超轻双相LZ91镁锂合金搅拌摩擦搭接焊接技术研究

以2 mm厚双相LZ91镁锂合金为研究对象,通过FSW技术对其进行搭接焊接,重点研究了焊接速度的变化对焊缝成形、接头中原始搭接界面迁移以及接头性能的影响。结果表明,采用普通的锥形搅拌针工具,在工具转速为2000 r/min和轴肩下压量0.2 mm下,当焊接速度为800和1200 mm/min时,均可以实现LZ91合金的搅拌摩擦搭接焊接(FSLW)。但是,当焊接速度过大(1600 mm/min)时,会在接头内部出现由于热输入不足而形成的隧道缺陷。对接头的微观组织分析发现,FSLW接头中的搅拌区由细小的等轴晶构成,前进侧(AS)中热机影响区(TMAZ)/热影响区(HAZ)中的白色α-Mg相晶粒尺寸略大于后退侧(RS);而灰色的β-Li相晶粒尺寸明显小于RS,且随着焊接速度的增加,热输入变小,搅拌区中晶粒细化的现象更加明显。此外,LZ91合金FSLW接头中存在轻微的界面迁移现象。RS中冷搭接缺陷由原始搭接界面一直延伸至搅拌区中,呈现先向上再向下变化的趋势;AS中的钩状缺陷迁移程度较轻,并且呈现轻微向下弯曲的特征,而且随着焊接速度的增加,界面迁移的程度也发生轻微的加重。另外,通过宽度为12 mm的FSLW接头的性能测试表明,在本实验条件下,将冷搭接作为受力侧的接头性能(小于1.9 kN)要低于将钩状缺陷作为受力侧的接头(高于2.1 kN),冷搭接缺陷对接头性能的不利影响要比钩状缺陷的影响更为恶劣。

EH40船板钢的弯曲焊丝窄间隙MAG焊工艺研究

采用弯曲焊丝窄间隙熔化极活性气体保护焊接(MAG)法对EH40船用高强钢进行了平焊位置的焊接试验。焊接试验过程中,焊接热输入为13 k J/cm,采用了3种焊接工艺参数。检测了焊接接头的组织和力学性能。试验结果表明,焊缝质量良好,无侧壁未熔合及其他焊接缺陷。此外,焊接接头的热影响区比较窄,其组织主要为贝氏体和铁素体,平均冲击吸收能量为267J,与母材基本相同。焊接接头的强度高于母材。焊接接头的力学性能满足船级社要求。

热轧异质复合钢板剪切试验研究

采用光学显微镜对不锈钢-钢、钛-钢、铜-钢三种异质复合钢板剪切试验结果的界面形貌进行了分析,找出影响界面剪切强度的关键因素。试验结果表明,在对不同的材质热轧异质复合板做剪切试验时,影响剪切强度高低的关键因素是不同的。在某些情况下,复合板的界面复合强度大于单侧材料本身剪切强度,这时试验所得到检测结果不能反应真实的界面强度。

钛钢复合板TA2钛复层表面洁净处理工艺

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和维氏硬度计等设备,分析了喷砂、酸洗、激光清洗三种不同表面处理工艺下,TA2工业纯钛的表面洁净度及表面硬度.结果表明:采用喷砂处理后的TA2表面洁净度较差,存在一层约2μm厚的含硅氧化层,表面显微硬度(HV)约为290;采用激光清洗处理后的TA2由于瞬时温度较高,表面产生脆裂,显微硬度显著上升至385;采用酸洗处理后的TA2表面氧化皮被完全去除,显微硬度约为220,与TA2基体相一致,为最佳表面洁净处理工艺.

脱氧方式对焊接热影响区组织与性能的影响

通过对Al,Ti两种脱氧钢母材和焊接热影响区组织和性能的对比分析,研究了两种脱氧方式下焊接热影响区组织转变和性能特点。试验结果表明,两种钢具有相近的常规力学性能和组织结构,但在160 kJ/cm大热输入条件下,Ti脱氧钢焊接热影响区的韧性高于Al脱氧钢。在光学显微镜下,Al脱氧钢热影响区呈现上贝氏体形貌,Ti脱氧钢出现针状铁素体。通过扫描电镜观察,Ti脱氧钢热影响区的针状铁素体以夹杂物为核心形核并向四周扩展。夹杂物为含Ti氧化物及其与MnS的复合物。热影响区中可能存在多种夹杂物诱导铁素体机制。

355 MPa级低温用结构钢的焊接性研究

采用埋弧焊,对不同焊接工艺参数下低温结构钢焊接接头力学性能和微观组织进行了研究。结果表明:经15 kJ/cm和50 kJ/cm热输入焊接后的试板,其拉伸、弯曲和硬度各项性能良好;接头热影响区冲击性能满足要求,但随着热输入的增大和层间温度的升高,冲击性能呈下降趋势;在50 kJ/cm热输入时,焊缝区域由于大热输入和高层间温度的双重作用,晶粒长大严重,冲击吸收功减小;坡口形式对接头性能没有明显影响。

美标A588 GR.A钢焊接接头组织与性能研究

采用气体保护焊方法,对鞍钢集团生产的厚6 mm和厚12 mm的美标A588 GR. A钢的焊接接头组织和性能进行了研究。2种厚度的钢板经焊接后,接头拉伸、弯曲性能合格,低温冲击韧性良好,其中厚12 mm钢板焊接接头各个区域的冲击韧性更优。2种厚度焊板的焊缝组织均为先共析铁素体+针状铁素体,热影响区组织主要为板条贝氏体+粒状贝氏体的混合组织。板厚不同造成的焊后高温停留时间的不同导致了2种厚度钢板的热影响区组织粗化程度不同,这也是造成2种板厚焊接接头各区域冲击吸收功差异明显的主要原因。