1561铝合金TIG焊接头组织与力学性能分析

1561铝合金具有较高的强度,是制造大型水面舰船的优质材料。本文针对5 mm厚1561铝合金实施了双面单弧TIG立焊试验,通过金相、扫描电镜、显微硬度和拉伸试验研究了焊接接头的显微组织与力学性能。结果表明:母材基体中主要含有α(Al)、弥散的β(Mg2Al3)相与片状(Fe Mn)Al6相,在焊接热循环的作用下,弥散相逐渐消失,而(Fe Mn)Al6相的尺寸、形态和分布也发生了变化;接头各区域硬度差别不大,其中熔合线处数值最高,约为HV90,热影响区硬度值最低,约为HV75;焊接接头拉伸性能良好,其中抗拉强度和屈服强度达到了母材的90%以上,且多数试样在热影响区位置发生断裂。

光丝位置对铝合金激光填丝焊接过程的影响

为了明晰光丝距离对激光填丝焊接过程影响规律,采用高速摄像、外观检查、宏观金相等方法,对3种光束模式下不同光丝距离与激光堆焊关系进行了理论分析和实验验证,得到了光丝距离对焊丝熔化、熔滴过渡、熔池波动和焊缝凝固的稳定性影响数据。结果表明,光丝位置由相交(-5mm)向相离(+5mm)变化时,熔滴过渡经历“液滴→液滴+液桥→液桥→液滴+液桥”阶段;相同光丝距离时,单光束激光模式、双光束激光串行模式和双光束并行模式的焊缝熔深依次降低,甚至出现焊缝偏移和无熔深现象;单光束模式和双光束串行模式对焊丝熔化和熔池的影响规律近似,但双光束并行模式下具有特殊性;单光束激光焊接时,随着离焦量的增加,焊缝的熔深由最大值409.8μm迅速减小到282.6μm;双光束激光串行模式时,焊缝的最大熔深仅为328.4μm,随着离焦量降低而减小,但正离焦量为焊缝截面呈现不对称状态;双光束激光并行焊接模式时,焊丝偏向小功率激光束时,焊缝无熔深;随着焊丝向大功率激光束移动,形成仅有226.5μm小熔深焊缝。该研究为铝合金激光增材和焊接提供了参考。

5083铝合金等离子-MIG焊接接头组织和力学性能

采用同轴式等离子-MIG焊工艺对5 mm厚5083铝合金试板进行对接试验,并对接头的组织和力学性能进行研究。结果表明,焊缝均为等轴晶组织,但晶粒大小分布不均匀,在熔合线边缘和焊缝中心出现细晶区,焊缝中心两侧和上下表面附近晶粒尺寸较大,部分熔化区宽度较大;焊缝区和热影响区显微硬度低于母材,焊缝最低硬度值为78 HV,约为母材硬度的85%;接头横向抗拉强度平均值为277 MPa,断后伸长率为7.34%,断裂位置在熔合线附近。

线能量对铝/钢双光束激光焊接接头组织及性能的影响

为了研究线能量对铝钢异种金属双光束激光焊接接头组织和性能的影响,本工作通过激光双光束铝钢搭接焊工艺优化实验,获取了焊接工艺窗口,研究了焊接线能量与焊缝成形、显微组织和接头性能的关系。结果表明:不同焊接速度下,线能量过大或过小将导致焊缝出现坑洞或未连接,焊接速度超过0.05 m/s时,线能量的最高值和最低值基本维持不变,且线能量与熔深成正比,与熔宽无相关性。低线能量的焊接接头的抗剪切力为130.70 N/mm,断裂位置位于铝合金焊缝,而高线能量的焊接接头的抗剪切力仅有35.76 N/mm,断裂位置位于铝钢界面焊缝。低线能量接头的显微组织为板条马氏体,显微硬度的最高和最低值分别位于热影响区和焊缝中心,而高线能量接头的显微组织为粗大柱状晶或片状马氏体,显微硬度的最低值位于熔合区。在低线能量和高线能量接头处,主、辅助光束共同作用面积分别占整个焊缝截面积的1/3和2/3。

船用5083铝合金双面单弧焊接接头组织与性能研究

采用双面单弧TIG焊方法对船用5083铝合金板材进行立焊焊接,对焊接接头宏观和微观组织、显微硬度和拉伸、弯曲性能进行研究,结果表明,5083铝合金焊接性良好,立焊焊接接头无缺陷存在,正反面焊缝性能差别不大;接头中存在α-Al,β(Mg_2Al_3),(Fe,Mn)Al_6三相,其中β(Mg_2Al_3)和(Fe,Mn)Al_6相大小和分布随焊接热循环影响而不同;接头的硬度以焊缝中心线为轴呈对称分布,整体硬度值变化不大,其中,焊缝中心硬度值最低,热影向区硬度值最高;接头在室温下的平均抗拉强度达到290 MPa以上,断裂部位位于热影响区,试样冷弯试验合格,达到塑性使用要求。

高强度304不锈钢薄板微弧等离子弧焊接头性能研究

采用微弧等离子弧焊对304不锈钢薄板进行焊接,研究填丝与否对焊接接头性能的影响。结果表明,填丝对等离子弧焊接头成形、显微组织和力学性能产生一定影响。相对而言,自熔焊焊缝宽度较宽,焊缝区组织较细小。自熔焊焊缝区显微组织由奥氏体和铁素体组成,在奥氏体基体上析出的骨架状铁素体和板条状铁素体含量相近。焊缝区显微硬度分布均匀,这种均匀分布导致接头强度相对较高,达到母材的84%。等离子弧填丝焊过程中,焊缝成分随填充焊丝改变,热输入增大,导致焊接接头性能稍微下降。但综合考虑高效和性能等因素,认为等离子弧填丝焊更适用于工业应用。

工艺参数对激光-电弧复合焊缝成形及拉伸性能的影响

以8mm厚的304不锈钢为试验材料,采用高功率碟片激光与熔化极电弧复合焊接的方法,开展了全熔透焊接工艺试验研究,分析了送丝速度、激光功率、焊接速度、光丝间距等工艺参数对焊缝成形及焊接接头拉伸性能(抗拉强度、延伸率)的影响。结果表明,增大送丝速度能够减少底部驼峰及咬边现象的产生,改善焊缝成形,在一定范围内能够提高焊缝抗拉强度和延伸率;但当送丝速度超过一定值时,再继续增大送丝速度会导致抗拉强度降低;提高激光功率或减小焊接速度可减少驼峰和消除咬边现象,但会降低接头抗拉强度和延伸率。当光丝间距在1 mm时,焊缝成形较好,焊接接头的抗拉强度及延伸率较好,获得的无咬边和驼峰缺陷的焊接接头抗拉强度可达695 MPa,达到母材的97.89%,延伸率为 41.5%,达到母材的76.85%。

5mm厚紫铜激光焊接接头组织及性能研究

为了研究离焦量对5mm厚紫铜激光焊接焊缝成形的影响和组织特征及性能,采用金相显微镜对焊缝组织及形貌进行分析,并对接头进行了拉伸及电导率测试。结果表明,在高离焦量绝对值时,易出现飞溅并造成焊缝表面孔洞,在离焦量0mm～-2mm范围内可获得成形良好的焊缝;焊缝纵截面柱状晶与焊接方向的角度由两侧的90°逐步降低为中间的0°,靠近焊缝上表面的柱状晶长度约为靠近下表面的柱状晶长度2.96倍,热影响区晶粒发生粗化,且离焦量+1mm对应的热影响区宽度最大;焊透情况下的不同离焦量对应的接头拉伸强度相当,可达母材的77.3%,离焦量0mm～-1mm对应的接头延伸率略高于离焦量-1mm～-4mm对应的接头延伸率,可达母材的54.9%;焊缝的电导率与母材几乎一样。该研究有利于获得成形良好的紫铜激光焊接接头。

双丝CMT焊接参数对1561铝合金焊接接头力学性能和组织的影响

铝合金船舶的高效焊接是船舶制造发展的重要方向。文中针对8 mm厚的1561铝合金开展双丝CMT焊接试验,通过扫描电镜、金相、显微硬度、拉伸试验等方法研究了焊接参数对焊接接头性能和组织的影响规律。结果表明,在1561铝合金双丝CMT焊接过程中,焊缝熔深随着前丝焊接电流的不断增大而增加,但熔宽和余高增加到一定程度后出现下降;随着后丝焊接电流升高,熔深、熔宽和余高均增加。低焊接热输入量,有利于获得高强度和高断后伸长率的焊接接头,有效控制热影响区的范围和焊接接头的软化。性能优良的焊接接头中弥散分布着强化相(Fe Mn)Al_6。

中乌研究院乌方院长弗拉基米尔·郭瑞院士荣获中国政府“友谊奖”

在北京人民大会堂隆重举行的2014年中国政府“友谊奖”颁奖大会上，国务院副总理马凯向本届获奖外国专家进行颁奖并讲话。中国-乌克兰巴顿焊接研究院乌方院长弗拉基米尔·郭瑞先生获此殊荣，有幸成为此次100名获奖专家之一。

激光扫描速度对碳钢板表面锈蚀层去除质量的影响

采用光纤激光器开展了碳钢板表面锈蚀层激光清洗研究,通过白光干涉仪、光学显微镜、拉曼光谱仪等研究了激光扫描速度对锈蚀层去除质量的影响。研究表明,当激光扫描速度小于2000 mm/s时,因光斑搭接率高,热累积效应强,试样表面出现基材熔化重凝现象,同时试样表面发生二次氧化,生成了复杂的铁的氧化物膜层,此时试样表面粗糙度最小。当激光扫描速度增加到3000 mm/s时,试样表面锈蚀层去除干净,露出金属基底本身色泽,基材表面二次氧化减弱。当线速度继续增加时,因光斑搭接率低,锈蚀层吸收的激光能量少,仅有部分锈蚀被去除,试样表面开始出现残留锈蚀层,且随着线速度的增加,残留锈蚀层和试样表面粗糙度增加。通过调节扫描速度可以获得较好的除锈效果,工艺优化后,激光功率为120 W时,除锈效率达到1.5 m^(2)/h。

双丝焊协同模式电弧特性研究

利用高速摄像、电信号采集系统记录了Fornius CMT TWIN设备四种协同模式下焊接5083铝合金时双丝焊接电流电压波形和熔滴过渡过程,并分析了电流电压波形的特征、弧长变化规律和熔滴过渡方式。结果表明,双脉冲模式时,前后丝脉冲段时间一致,脉冲频率主要由维弧段时间决定,熔滴过渡以射滴过渡为主;双CMT模式时,前丝由较长时间的类脉冲波段和较短时间的类CMT波段组成,熔滴过渡分别为射流过渡和短路过渡,后丝完全以CMT方式过渡,熔滴过渡以短路过渡为主;前丝脉冲+后丝CMT或前丝CMT+后丝脉冲混合模式中,CMT波形未发生变化,而脉冲波形的电流和电压产生波动。电流电压变化和熔滴过渡是造成弧长变化的重要影响因素。前丝脉冲模式时焊缝熔深和熔宽大,而后丝CMT模式时焊缝余高大。

铝合金激光-MIG双面焊接接头组织和性能研究

针对16mm厚1561铝合金(俄罗斯牌号),采用不开坡口无间隙的双面激光-MIG复合焊接工艺,并研究焊接接头的拉伸性能、显微硬度和微观组织。结果表明,采用较大的激光功率使双面焊道交叉面积增大,有利于减少焊道根部缺陷,提高拉伸性能;接头中存在着基体相α-Al和第二相Fe(Mn Al)6,第二相经焊接热循环重熔后弥散分布,其中单独激光作用区弥散度最高;焊缝硬度在激光单独作用区相对于母材升高,而在激光-电弧复合作用区相对于母材降低,这与焊缝显微组织中的第二相数量和形态密切相关。

厚10 mm不锈钢大功率碟片激光焊接及影响因素研究

为了实现10 mm厚304不锈钢的单道激光焊接,在10 k W碟片激光焊接设备上进行了全熔透焊接工艺试验研究,分析了不同焊接速度、离焦量、激光功率对焊接质量的影响。在显微镜下观察焊缝横截面形貌及测量几何尺寸。结果表明,焊接速度较低时,上下表面容易出现烧蚀,焊接速度较高时,会出现底部驼峰;离焦量影响激光聚焦位置,负离焦较大时会降低激光能量利用率,负离焦较小时会导致表面烧蚀,对于10 mm厚工件,离焦量为-3 mm时较好。激光功率对焊缝熔深影响较大,激光功率较小时不足以形成全熔透焊缝。拉伸试验结果表明,焊缝抗拉强度平均为639.6 MPa,达到母材抗拉强度的95.5%;屈服强度平均为297.6 MPa,达到母材屈服强度的99.2%;伸长率平均为61.2%,达到母材伸长率的95.5%。

双丝CMT堆焊高强钢工艺

通过采用双丝CMT焊接工艺在碳钢表面堆焊690 MPa级高强钢,对焊接接头的宏观形貌、微观组织及力学性能进行观察与分析,结果表明:在前丝脉冲(焊接电流260 A)后丝CMT模式(焊接电流120 A),焊接速度0.8 m/min,搭接率40%时能够获得表面平整、成形美观的堆焊层;接头显微组织各区域特征明显,基体微观组织为粗大块状铁素体与珠光体,焊缝为针状铁素体夹杂粒状贝氏体,而熔合线锯齿状分布有粗化的针状铁素体和魏氏组织。

基于激光复合技术的金刚石抛光研究

金刚石作为一种具有独特优异性能的半导体材料,在光学和电子学领域具有重要的应用价值。目前生长金刚石最常用的方法是化学气相沉积(CVD)法,采用该方法制备的金刚石薄膜通常为多晶结构,表面粗糙度高、颗粒大的缺点制约了金刚石薄膜的应用。笔者提出了飞秒-纳秒-离子束刻蚀的复合抛光方法并采用该方法对CVD金刚石薄膜进行抛光。结果表明:经飞秒-纳秒激光刻蚀后,金刚石表面粗糙度降低得十分明显,由未刻蚀时的4μm降至0.5μm左右,但表面出现了明显的石墨化现象;进一步采用离子束刻蚀去除表面的石墨层,最低可将表面粗糙度降至0.47μm。所提方法实现了金刚石表面的无改性平滑抛光,为金刚石表面微纳器件的发展奠定了基础。

大功率碟片激光焊接焊缝截面形貌研究

采用10kW碟片激光器,研究了8mm厚304不锈钢碟片激光焊接过程中形成的焊缝截面形貌,讨论了焊接速度、激光功率对焊缝截面形貌形成的影响规律。结果表明,在大功率碟片激光焊接过程中,形成的焊缝截面形貌包括I形和钉子形。在焊接过程中,随着焊接速度的增大,焊缝截面形貌由I形向钉子形转变;随着激光功率的增大,焊缝截面形貌由钉子形向I形变化,同时焊缝截面形貌从I形转变为钉子的焊接速度增大。通过调整焊接速度与激光功率,可以对焊缝截面形貌进行有效控制。

高功率碟片激光扫描焊接工艺研究

为了实现薄板材料的高功率激光扫描焊接工艺,将高功率碟片激光与振镜结合,在2mm碳钢表面进行了激光扫描焊接试验,对激光扫描焊接焊缝截面尺寸及组织进行了研究,分析了焊接速度对熔深熔宽的影响规律,并采用1mm碳钢进行了搭接焊接试验。结果表明,在激光功率5kW,扫描速度30mm/s时,可获得2mm厚的熔深,而随着焊接速度的增大,焊缝熔深、深宽比逐渐减小,焊缝熔宽变化幅度较小。搭接焊接结果表明,激光扫描焊接能够获得良好的接头,拉伸测试表明接头强度高于母材。