440 MPa级高强钢焊条熔敷金属组织与低温冲击韧性研究

为满足440 MPa级高强钢对焊接材料的需求,研制了三种焊条,并进行了熔敷金属焊接试验,使用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜等手段研究了熔敷金属组织与低温冲击韧性.结果表明,随着Mn,Ni,Cr和Cu含量的增大,熔敷金属的-40℃平均冲击吸收功从35.7 J逐渐增至96.3 J,低温冲击韧性逐渐提高;随着Mn,Ni,Cr和Cu含量的增大,虽然熔敷金属中M23C6型碳化物含量逐渐增大,但是熔敷金属的CCT曲线逐渐右移,相变温度逐渐降低,使得针状铁素体含量逐渐增加,铁素体板条尺寸逐渐减小和板条间交织状分布趋势逐渐增强,M-A组元含量及尺寸逐渐减小,是低温冲击韧性逐渐提高的主要原因;含Cu熔敷金属中夹杂物外层会形成CuS,针状铁素体形核更容易,有利于低温冲击韧性提高.

440MPa级HSLA钢焊缝低温韧性分析

采用自制的2种实心焊丝对440 MPa级HSLA钢进行了对接MAG焊(80%Ar+20%CO_(2)),通过对比分析2种焊缝的显微组织和夹杂物尺寸及成分,对2种焊缝低温韧性出现显著差异的原因进行了阐释。结果表明,J1焊丝的焊缝由针状铁素体、侧板条铁素体、先共析铁素体和M-A组元组成,而J2焊丝的焊缝由针状铁素体和M-A组元组成;2种焊丝的焊缝中夹杂物的粒径分布、尺寸、数量和成分差异小,不是导致2种焊缝低温韧性出现显著差异的主要原因;与J1焊丝的焊缝相比,J2焊丝的焊缝中针状铁素体含量升高、M-A组元含量降低、条状和块状M-A组元占比降低,是导致其低温韧性显著优于J1焊丝的主要原因。

平行于异种钢接头“岛状区”边缘的晶界形成机理

对平行于异种钢接头碳钢熔合线附近“岛状区”边缘的晶界进行了研究.结果表明,平行于“岛状区”边缘的晶界可能是迁移晶界,也可能是凝固晶界.“岛状区”具有3种结构,第1种结构是由中心碳钢母材及其外围的成分过渡区组成,并且成分过渡区内的元素含量介于碳钢母材和焊缝金属之间;第2种结构仅由成分过渡区组成,并且其内部的元素含量也介于碳钢母材和焊缝金属之间;第3种结构也仅由成分过渡区组成,但其内部任意位置处的Ni质量分数均大于5%~6%.只有第1种和第2种结构的“岛状区”才有可能形成平行于其边缘的迁移晶界,而第3种结构的“岛状区”则不能形成平行于其边缘的迁移晶界.平行于“岛状区”边缘的凝固晶界则是由“岛状区”表面垂直方向上生长的短小胞状晶与其相邻的亚晶粒束相交而形成的.

热输入对船用440 MPa级低合金高强度钢焊缝组织及性能的影响

研制了一种Mn-Si-Ni-Cr系实心焊丝,用于新型船用440 MPa级低合金高强度(HSLA)钢焊接,采用热输入11.5,16.5和21.5 kJ/cm对该钢材进行了熔化极活性气体保护电弧焊,并使用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜等设备重点研究了热输入对焊缝组织及性能的影响.结果表明,随着热输入的增大,焊缝组织先以粒状贝氏体和板条贝氏体为主转变为以针状铁素体为主,再转变为以针状铁素体、侧板条铁素体和先共析铁素体为主,而且焊缝中M-A组元含量、直径大于1μm的夹杂物占比和夹杂物的平均直径均逐渐增大;随着热输入的增大,焊缝硬度不断减小,焊缝、熔合线和熔合线+2 mm处的冲击韧性均先增大后减小,同时焊缝的耐腐蚀性能也先增大后减小;3种焊接接头的板拉伸弯曲试样均在母材处断裂,弯曲试样均完好.

载流下MoS_(2)/Ag纳米复合薄膜摩擦学性能

MoS_(2)基纳米复合薄膜具有良好的摩擦学性能,但较差的导电性能限制了其在载流条件下作为润滑材料的应用。为提高MoS_(2)基纳米复合薄膜的导电性能,采用非平衡磁控溅射系统沉积2种不同Ag含量的MoS_(2)/Ag纳米复合薄膜,并在不同的电流条件下研究MoS_(2)/Ag纳米复合薄膜与GCr15钢球对摩时的摩擦学性能。结果表明:在载流下2种MoS_(2)/Ag纳米复合薄膜表现出相似的摩擦性能,而低掺杂MoS_(2)/Ag薄膜具有更佳的耐磨性能,这归因于低掺杂MoS_(2)/Ag薄膜具有较好的力学性能;无载流时,MoS_(2)/Ag纳米复合薄膜在摩擦过程中生成的氧化物颗粒增加了磨损、降低了润滑性,磨损机制主要为磨粒磨损;电流小于0.5 A时,电流促进了转移膜形成,使得摩擦因数降低,但磨损率增加,磨损机制主要为黏着磨损;当电流大于0.5 A时,由于电弧烧蚀加速了薄膜的磨损,磨损机制主要为磨粒磨损、黏着磨损和电弧腐蚀磨损。

焊剂带约束电弧特性的试验分析

通过向电弧两侧连续送入焊剂带以约束电弧的方法,对焊剂带约束电弧的特性进行了研究。结果表明,焊剂带靠弧柱区的热量被加热熔化,在稳定的焊接条件下,形成一个确定的焊剂带与电弧作用长度,其大小随电弧电压的减小,送带速度的增加而增大,这一参数直接影响着焊剂带约束电弧的形态,增加它可使电弧长度增长而宽度减小,进而可使焊缝的熔深增加而熔宽减小;焊剂带与电弧中心距离的减小可明显减小电弧的宽度,使焊缝熔宽减小而熔深增加;利用焊剂带约束电弧的特性可以实现超窄间隙焊接。

焊剂带约束电弧用于超窄间隙的焊接

保证坡口侧壁尤其是侧壁根部的熔化是实现窄间隙焊接的关键。用焊剂带对电弧加以约束可有效控制电弧的加热区域,有利于解决窄间隙焊接侧壁熔合不良的问题。采用间隙宽度为5mm的I型坡口,氩气保护的熔化极电弧,将特定成分的焊剂带沿坡口侧壁连续送入电弧区,焊剂带在电弧热作用下不断熔化并对电弧进行约束,从而可实现超窄间隙焊接。在不同的焊接电压下,通过改变焊剂带的送进速度进行超窄间隙焊接,得到了焊剂带对电弧的不同约束效果,以及与之对应的焊缝形貌,找到了可约束电弧且侧壁熔合良好的电压与送带速度范围。

焊剂带约束电弧在超窄间隙焊接中的加热特性

利用焊剂带约束的电弧进行超窄间隙焊接,通过测量不同焊接参数下的焊缝截面相关尺寸,并根据截面尺寸的变化规律分析了受约束电弧的加热特性。结果表明,对超窄间隙中的电弧加以有效约束,有利于防止电弧攀升,并能保证两侧壁可靠熔合;电弧形态是决定侧壁熔合的主要因素,增加焊接电流或送带速度,可使电弧的加热位置下移,电弧直接加热侧壁的高度减小,以至电弧能量密度提高,更有利于电弧对侧壁根部的加热;增加电弧电压,可使阴极斑点的活动范围增加,有利于增强弧柱和阴极斑点对侧壁根部的加热效果;电弧电压、焊接电流和送带速度三者间的合理匹配,有利于获得合适的电弧形态,使电弧在间隙的三个方向有效加热。

超细颗粒焊剂约束电弧用于超窄间隙的焊接

为实现电弧约束良好、焊接过程稳定可靠的超窄间隙焊接,基于窄间隙埋弧焊的众多优点和对超窄间隙中的电弧进行约束以防止电弧攀升的思路,提出采用超细颗粒焊剂约束电弧以实现超窄间隙焊接的方法,研制专用的焊枪,开发出采用V形金属丝网衬垫焊剂颗粒的超窄间隙焊接工艺。结果表明,超细颗粒焊剂熔化后形成的熔渣壁可对电弧进行有效约束,实现稳定可靠的超窄间隙电弧焊。随着焊剂颗粒尺寸的减小,因焊剂松装密度的增加使得形成凸焊缝的倾向增加。采用V形金属丝网衬垫焊剂颗粒的工艺进行超窄间隙焊接,可以显著增强电弧对侧壁根部的加热效果,获得足够的侧壁根部熔透深度,从而保证了超窄间隙焊缝的熔合质量。

超细颗粒焊剂约束电弧超窄间隙焊接1Cr18Ni9Ti不锈钢的焊缝成形分析

将超细颗粒焊剂约束电弧超窄间隙焊接用于1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢,通过改变焊接速度、电弧电压、焊接电流对焊缝成形进行了研究.结果表明,在热输入为1.75 k J/mm和深宽比为1.34的条件下,也不易形成'梨形'焊道裂纹,并且单道焊接时熔化焊丝在超窄间隙内的填充高度可达11.5 mm.在其它焊接参数确定的情况下,随着电弧电压的增加,1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢超窄间隙焊缝依次呈'凸焊缝'、'凹焊缝'及'电弧攀升'的成形规律.适合于超细颗粒焊剂约束电弧超窄间隙焊接1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢的电弧电压与焊接电流匹配范围分别约为26~32 V和200~320 A.

焊剂带约束电弧超窄间隙焊接的气保护方法

利用焊剂带约束的电弧进行超窄间隙焊接时，采用合适的气体保护工艺十分重要．为了获得成形良好的超窄间隙焊缝，通过分析和试验确定粗扁管单侧倾斜送气的气保护方法，设计用于研究气保护效果的试验装置，并利用该装置研究气流量、喷嘴截面尺寸以及喷嘴与保护区距离对气保护效果的影响。结果表明，在气体喷嘴截面尺寸为2.5mm×12 mm，气体喷嘴与电弧距离为20～25mm的情况下，保证焊缝成形良好的最佳气流量为10L／min．

焊剂带在超窄间隙电弧区的位置与约束电弧的关系

当超窄间隙中用于约束电弧的焊剂带与电弧具有不同的相对位置时,焊剂带会对电弧产生不同的约束效果,因而焊剂带在电弧区的位置是约束电弧的关键.通过分析焊剂带在电弧区的位置,结果表明焊剂带在电弧区有效约束电弧应满足三个位置条件,即在电弧横向焊剂带应紧贴两侧壁;在电弧长度方向焊剂带应具有合适的焊剂带作用长度;在超窄间隙纵向焊丝端头应与焊剂带中心线对中.此外,当焊接电流大于240A时,焊剂带易在电磁力作用下紧贴焊丝表面而造成电弧攀升,采用撑开焊剂带的方法可有效控制焊剂带在电弧横向的位置.

焊剂带约束电弧焊接方法研究

研究了一种熔化极电弧焊接方法,该方法是将两条焊剂带沿焊丝两侧连续送入电弧区,利用焊剂带向熔池中加入焊剂并约束电弧。结果表明:焊剂带约束电弧焊接方法可获得成形良好的焊缝;通过控制焊剂带对电弧的约束程度,可获得深宽比不同的焊缝;焊剂带的焊剂成分对焊缝成形有重要影响,利用焊剂成分P1所制作的焊剂带进行焊接时,可以获得成形良好的焊缝。

填充ER309焊丝的异种钢接头二型边界形成机理

对填充ER309焊丝的1Cr18Ni9Ti/Q235异种钢接头二型边界形成机理进行了研究.结果表明,二型边界是由碳钢侧不均匀混合区内Ni质量分数为5%~6%的位置所形成的凝固界面向焊缝中心一侧迁移而形成的.当部分熔合区和不均匀混合区内Ni质量分数小于5%~6%的区域(N区)为熔池凝固提供δ相基底,或者部分熔合区提供γ相基底且N区提供δ相基底的情况下,碳钢侧熔合边界附近均会形成二型边界;当部分熔合区提供δ相基底且N区提供γ相基底,或者部分熔合区和N区均提供γ相基底的情况下均不会形成二型边界.

不同形状金属丝网衬垫焊剂颗粒工艺对超窄间隙焊缝成形的影响

金属丝网衬垫焊剂颗粒工艺对超细颗粒焊剂约束电弧超窄间隙焊缝成形具有重要影响.文中分别采用"V"形、"U"形和"半圆"形三种不同形状金属丝网衬垫焊剂颗粒工艺进行了超窄间隙焊接,并根据所得超窄间隙焊缝横截面形貌,分析了不同形状金属丝网衬垫焊剂颗粒工艺对超窄间隙焊缝成形的影响,以及该工艺防止超窄间隙电弧断续状燃烧的机制.结果表明,随着焊剂对间隙侧壁下方待熔化表面覆盖面积的增大,焊剂熔化对电弧的冷却收缩作用增强,电弧的约束角α减小,以致电弧在侧壁的加热熔化高度hm减小,当hm小于熔化焊丝在超窄间隙内的填充高度时即形成凸焊缝.金属丝网对焊剂颗粒的衬垫有利于电弧阴极斑点在工件待熔化表面快速形成,并加快覆盖在工件待熔化表面区域焊剂颗粒的熔化速度,从而使得电弧阴极斑点区的水平移动速度等于焊丝端头的水平移动速度,以致电弧弧柱未被拉长而连续稳定燃烧.

超窄间隙焊接Q235/1Cr18Ni9Ti异种钢接头组织及力学性能

超窄间隙焊接厚壁异种钢具有高效、低成本、接头力学性能优良的独特优势.文中研究了Q235/1Cr18Ni9Ti异种钢超窄间隙焊接接头的微观组织及力学性能.结果表明,打底焊的熔池以FA模式凝固,凝固组织为细小的奥氏体等轴晶及少量枝晶状铁素体.填充焊和盖面焊在靠近熔合过渡区的熔池区域以AF模式凝固,凝固组织为奥氏体胞状晶及胞状晶间铁素体,在远离熔合过渡区的熔池区域则以FA模式凝固,凝固组织为奥氏体柱状树枝晶及少量骨架状铁素体.异种钢超窄间隙焊接接头的抗拉强度和弯曲性能优良,Q235一侧HAZ未出现软化,熔合过渡区及其一侧HAZ的韧性优于焊缝区.

U71Mn钢轨电子束焊接头组织与性能分析

钢轨的先进焊接技术是发展无缝铁路的关键技术之一,电子束焊应用于钢轨的焊接,将具有其它钢轨焊接方法难以比拟的优势和特殊功能。文中对U71Mn钢轨的电子束焊接头组织与性能进行了测试和分析,结果表明,焊缝区组织由珠光体和铁素体组成,且组织都分布均匀、晶粒较细小,其中焊缝区比母材区的晶粒更为细小;钢轨电子束焊接头具有分布合理的硬度,不低于母材的抗拉强度,以及其它钢轨焊接方法难以获得的接头韧性。

FSS/ASS厚壁异种钢“TIG冷焊+UNGW”组合焊的接头组织与力学性能

为了有效解决铁素体不锈钢的焊接热影响区晶粒易粗化问题,以及奥氏体不锈钢焊接时在接头部分熔合区及其附近热影响区内因易形成蠕虫状δ铁素体而显著降低该区域耐腐蚀性的问题,提出了“TIG冷焊+UNGW”的组合焊接工艺,并进行了1Cr17/1Cr18Ni9Ti厚壁异种不锈钢的焊接,同时对所得接头的显微组织、力学性能及耐腐蚀性进行了测试与分析.结果表明,组合焊接头的1Cr17母材热影响区晶粒未发生粗化,并且1Cr18Ni9Ti母材部分熔合区及其附近热影响区内未形成蠕虫状δ铁素体;组合焊接头的抗拉强度优于1Cr17母材,并且1Cr17母材热影响区的冲击吸收能量与1Cr17母材相当;组合焊接头的熔敷层、1Cr18Ni9Ti母材、1Cr17母材、UNGW焊缝区及完整接头的耐腐蚀性呈依次下降的趋势.

预置镍基合金片对异种钢UNGW接头组织及性能的影响

研究了预置镍基合金片对15CrMo/1Cr18Ni9Ti异种钢超窄间隙焊接接头组织及性能的影响。结果表明,预置镍基合金片厚度小于0.6 mm时,15CrMo熔合线附近焊缝区部分区域以A模式凝固并形成奥氏体胞状晶,而其它区域仍以FA模式凝固,其组织为等轴晶奥氏体+枝晶状铁素体,并且焊缝中心无凝固裂纹形成。预置0.9~1.2 mm厚的镍基合金片时,焊缝中心因镍偏聚而以A模式凝固,形成粗大的奥氏体柱状枝晶,并有凝固裂纹形成。预置镍基合金片厚度在0.6~0.9 mm时,可使15CrMo熔合线附近焊缝区的Ni质量分数比填充金属(ER347L)的提高约2%,明显比未预置镍基合金片的接头具有更好的抑制碳扩散效果,但当镍基合金片厚度在0.3~1.2 mm范围内变化时接头抑制碳扩散的效果并无明显变化。焊态的异种钢接头不均匀混合区内存在马氏体层,而热时效后在熔合线附近会形成一定宽度的富碳硬化区及贫碳软化区。

焊剂带在其约束电弧中的位置与其电位相关性分析

焊剂带遮电弧中的位置是约束电弧的关键,并决定着电弧的加热特性。为了能够更好地将焊剂带约束的电弧应用于超窄间隙焊接,通过采集相当于电弧探极的焊剂带上的电压波形,对焊剂带在电弧中的位置进行了分析。结果表明,通过采集焊剂带电压波形并根据电压波形值的大小,可判断出焊剂带在电弧区的位置及熔化的焊剂带向熔池中过渡的方式。增加焊剂带距电弧中心距离,会使焊剂带在电弧区的位置发生改变,同时还减小了弧柱对焊剂带的加热效果及熔滴与焊剂带接触的频率。此外,测得了电弧区不同焊剂带电位所对应的焊剂带位置。