焊接热循环峰值温度对1000 MPa级超高强钢热影响区组织性能的影响

为研究1 000 MPa级超高强钢焊接热影响区(HAZ)不同区域的组织性能,采用焊接热模拟技术制备了试验钢在不同热循环峰值温度下的试样,通过夏比冲击试验研究了HAZ不同区域的冲击韧性。结果表明:在亚临界区(SCHAZ)、临界区(ICHAZ)和细晶区(FGHAZ),样品冲击吸收能量、裂纹扩展能量和动态冲击韧度较大,断口上形成较大面积的脚跟形纤维区和剪切唇,微观可看到大小不一的韧窝,样品冲击韧性较好;在粗晶区(CGHAZ),样品各项冲击数据均急剧下降,断口呈宏观脆性断裂,几乎全为放射区,微观下显示准解理断裂特征,表明裂纹扩展时受到的阻力减小,裂纹萌生后稳定扩展的时间减少,失稳扩展较快,样品的冲击韧性恶化,CGHAZ为HAZ中的韧性谷区;组织分析表明,粗大的晶粒和粗大的马氏体板条是导致CGHAZ脆化的主要原因。该结论为探究1 000 MPa级超高强钢在水电工程中的优选研制及工程应用奠定了理论基础。

焊接热输入对690 MPa级HSLA钢焊缝金属组织与力学性能的影响

采用自研直径4.0 mm的焊条对厚度为27 mm的690 MPa级HSLA钢进行不预热焊接,研究了焊接热输入对焊缝金属组织和性能的影响及强韧化机理.结果表明,焊接热输入由13 kJ/cm提高至19 kJ/cm对焊缝金属组织结构及其强韧性产生了显著影响,对接接头抗拉强度、硬度呈现降低趋势,焊缝金属−50℃冲击吸收能量呈现先升高后降低趋势.16 kJ/cm热输入条件下获得了良好的强韧性,对接接头抗拉强度为828 MPa,焊缝中心−50℃冲击吸收能量为71~90 J,均值为80 J.13 kJ/cm及19 kJ/cm热输入条件下焊缝金属强韧性较低,前者与焊缝金属中板条贝氏体及侧板条铁素体形成有关,后者与其中粗大的M-A组元形成相关.热输入16 kJ/cm条件下,充分形成了塑性良好的针状铁素体组织,针状铁素体和贝氏体呈交织分布,同时,细小弥散分布的M-A组元并未对其韧性产生显著的负面作用,焊缝金属获得了良好的强韧性配合.

焊接热输入对0Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢电弧焊接头组织与性能的影响

在不同焊接热输入(9,13,17 kJ·cm^(-1))下对0Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢板进行多层多道电弧焊,研究了焊接热输入对焊接接头显微组织与力学性能的影响。结果表明:不同焊接热输入下所得焊接接头焊缝和热影响区的组织均为板条马氏体、少量δ铁素体和残余奥氏体;随着焊接热输入的增大,焊缝和热影响区的板条马氏体变粗大,δ铁素体含量增多;不同焊接热输入下焊接接头的抗拉强度和屈服强度分别约为810,600 MPa,均高于母材且符合项目规定,屈强比均小于0.9,接头的拉伸性能良好,拉伸后均在母材处断裂;随着焊接热输入增大,冲击吸收能量减小,焊接热输入为9,13 kJ·cm^(-1)下冲击断口中的韧窝尺寸略大且均匀,接头的冲击韧性更好;不同焊接热输入下焊缝的硬度为310~340 HV,其平均硬度高于热影响区和母材,随着焊接热输入的增加,焊缝和热影响区的硬度均略微降低。

Ti_(2)AlNb合金热模拟焊接热影响区的组织与力学性能

Ti_(2)AlNb合金因其较高的比强度和高温抗氧化能力,是先进航空发动机热端部件的重要候选材料。但作为金属间化合物材料,其焊接性能是一重要挑战。为了解焊接热循环对合金组织性能的影响规律,使用Gleeble3500热模拟试验机模拟了Ti_(2)AlNb合金焊缝附近热影响区的热循环,研究了冷却速度对焊接热影响区组织与性能的影响;根据热膨胀-温度曲线,结合不同冷速下合金的显微组织,建立了Ti_(2)AlNb合金焊接热影响区连续冷却转变(SH-CCT)曲线。结果表明:在快速加热至B2单相区后的连续冷却过程中Ti_(2)AlNb合金中主要析出相为O相,α_(2)相的析出量很少。随着冷却速度的增加,析出相的数量逐渐减少、尺寸降低,且α_(2)相的析出率先被抑制,B2相向O相转变的温度区间缩小。冷却速度低,合金中析出相数量多,强度高,但塑性低。反之,随着冷速的增加,残留B2相增多,合金的塑性得到改善。

焊接热输入对1000 MPa级马氏体钢焊接接头组织和性能的影响

采用熔化极气体保护焊的方法对1.8 mm厚1000 MPa级马氏体钢进行了焊接,系统地研究了焊接热输入对焊接接头硬度分布、组织演变及力学性能的影响规律。结果表明:与母材相比,焊缝及热影响区的硬度均发生了不同程度的软化现象,细晶区软化现象最为显著;随着焊接热输入增加,焊接接头的强度及塑性均降低,韧性提高,焊缝区、临界区及亚临界区的硬度略有降低,粗晶区和细晶区的硬度略有升高,焊缝及热影响区的冲击性能无明显变化,接头断裂位置由细晶区变为亚临界区。

项目式教学在焊接热过程数值模拟课程中的实践

为了满足新工科教育对培养新型工科人才的需求,提高材料成型与控制工程(焊接)专业的教学质量,夯实学生的学科理论基础,培养学生的专业理论分析能力,以焊接热过程数值分析课程为研究对象,开展了项目式教学探索。将焊接热过程理论与流体动力学(CFD)理论和工具软件融合起来,开展了融合理论学习与数值模拟试验为一体的项目式教学探索。以典型熔焊工艺钨极氩弧焊熔池为分析对象,设计了熔池数值模拟模型,分别从材料属性、焊接参数、热源模型等方面分析了熔池热过程,完成数据分析和理论探讨。基于项目式教学模式,加强学生与教师的全过程互动,驱动学生自主学习,培养学生利用先进工具软件解决工程实际问题的能力,有利于培养具备厚实理论基础和实践能力的焊接人才。

焊接热输入对CMT打底焊接头组织与性能的影响

虽然CMT打底焊能够显著改善接头的成形质量,得到良好的焊接效果,但是由于其热输入较低,所以导致粗晶热影响区(CGHAZ)硬度偏大、抗硫化氢应力腐蚀开裂能力较差。通过微观组织分析、硬度检测、硫化氢应力腐蚀试验对比研究了5种不同焊接热输入的CMT打底焊试样的抗硫化氢应力腐蚀能力。结果表明:低热输入下的CGHAZ微观组织主要为粒状贝氏体、板条贝氏体和M-A组元,有着更高的硬度和应力腐蚀敏感性;高热输入下的CGHAZ微观组织主要为铁素体和贝氏体,有着较低的硬度和应力腐蚀敏感性。

基于焊接热模拟的高锰TWIP钢热影响区组织与性能

针对锻态高锰孪生诱导塑性钢利用Gleeble3500型热模拟试验机,通过设置不同峰值温度(850,950,1050,1150,1250℃)对焊接接头热影响区的各个区间进行了焊接热模拟,采用电子背散射衍射系统、扫描电子显微镜和X射线衍射仪等手段分析了锻态母材经过焊接热作用后组织和性能的变化.结果表明,热作用前后孪生诱导塑性钢组织均为等轴晶粒的全奥氏体组织,晶粒尺寸随峰值温度的上升先减小后增加,但都低于母材;热影响区的拉伸性能均优于母材,主要原因是发生了细晶强化;冲击韧性随峰值温度的变化与晶粒尺寸变化趋势一致,说明晶粒尺寸对采用的孪生诱导塑性钢冲击韧性有关,晶粒尺寸越细,冲击韧性越差.冲击断口的韧窝底部发现有AlN颗粒.

超声振动对6061铝合金焊接热裂纹影响

为解决硬铝合金焊接接头软化严重的问题,选用7075铝合金作为填充材料对6061铝合金进行高组配焊接.焊接接头硬度确有提升,但在焊接过程中产生了热裂纹.文中设计了一个超声辅助平台将超声振动引入到传统的钨极氩弧焊中,在确保焊接接头硬度的条件下解决焊接热裂纹的问题.结果表明,超声功率较低时热裂纹消失,但超声功率达到480 W时,热裂纹再次产生.随着超声功率的增加,焊接接头的晶粒尺寸和形状发生了变化,熔合区的柱状晶被打碎,转变为较为细小的等轴晶,焊缝中心的等轴晶也发生了细化,在功率640 W时焊缝中心的平均晶粒尺寸最小.焊接接头中的析出相数量也随着超声功率的增大逐渐增多,分布逐渐均匀,对焊接热裂纹造成影响,因此存在一个超声功率的范围,能够同时解决焊接接头软化和焊接热裂纹的问题.

返修次数对S30408不锈钢焊接热影响区组织性能的影响

为进一步研究返修次数对焊接热影响区组织与性能的影响,本文借助S30408不锈钢氩弧焊焊接接头的返修,针对焊接接头进行显微硬度测试、室温拉伸试验、夏比冲击试验,并观察和分析了焊缝断口形貌。结果表明:焊缝返修次数不超过2次的情况下,焊接接头显微硬度略有下降,焊接返修3次时显微硬度明显降低;在不超过3次返修的情况下,焊接接头的强度、塑性和韧性随着返修次数的增加未出现明显的恶化趋势,返修次数与焊缝及热影响区金属的力学性能之间没有明显的相互关系。

焊接热源计算模式的研究进展

总结了计算焊接温度场过程中焊接热源模式的改进过程。首先讨论了传热学中常用的以集中热源为基础的线热源与面热源的解析模型、以及能量在空间以高斯函数形式分布的焊接热源模式 ,以高斯分布函数为基础 ,引出了半球能量密度分布的热源模式、椭球能量密度分布的热源模式、双椭球能量密度分布等焊接热源模式。并对比了不同热源分布函数对计算结果的影响 ,讨论了不同焊接计算过程中对热源函数的选择。结果表明 ,通常的工程运算仍可采用解析模型函数进行简化计算 ,高斯分布函数、半球能量密度分布函数、椭球能量密度分布函数常应用在有限元计算过程中 ,但由于未精确考虑电弧对熔池的冲击作用 ,在熔池附近有一定误差 ,而双椭球能量密度分布的热源模式 ,不仅可以处理一般的电弧冲力小的焊接热源 ,也可以处理具有强烈穿透作用的激光焊和电子束焊过程的焊接热源 ,进一步提高焊接热循环的计算精度。

焊接热输入对X80管线钢及其焊管内焊缝粗晶区韧性的影响

利用焊接热模拟技术、材料力学性能检测和显微分析方法,对X80管线钢及其制管过程中内焊缝在不同热输入下粗晶区的韧性以及组织特征进行了研究。结果表明,对于X80管线钢母材粗晶区及其焊管内焊缝粗晶区,随着焊接热输入的增大,其韧性变化规律存在一定的差别。对于X80管线钢母材,其获得最佳韧性的热输入范围为10～20kJ/cm,此时的韧性值基本和母材保持在同一水平;当热输入大于20 kJ/cm后,其韧性呈下降趋势;当热输入大于35kJ/cm后,韧性急剧下降。而对于焊管内焊缝,当热输入处于17～35kJ/cm时,其粗晶区可获得最佳韧性水平;当焊接热输入小于17kJ/cm和大于35kJ/cm时,其粗晶区的韧性水平均有所下降。

1000MPa级高强钢焊接热影响区组织和韧性

利用Gleeble—1500热模拟试验机进行1 000 MPa低碳QT钢不同焊接热输入的热模拟试验,研究了焊接热影响区粗晶区(CGHAZ)组织与韧性及其变化规律.结果表明,一次热循环后,随着热输入的增加,冲击韧度先是增加然后下降,组织由马氏体向马氏体(M)与贝氏体(B)的混合组织转变,粗大的M和B组织及板条间和板条内碳化物的存在是造成韧度下降的主要原因.经历峰值温度为900℃二次热循环后的韧性并不都具有改善作用,其原因与晶粒和组织遗传现象有关.热输入小时发生晶粒和组织遗传,热输入大时只产生晶粒遗传,粗大贝氏体的形成和碳化物进一步析出是大热输入二次热循环恶化韧性的主要原因.

焊接热输入对低合金高强钢焊接热影响区组织性能的影响

采用CO2气体保护焊,研究了不同的焊接热输入对低合金高强钢ASTMA572GR.65钢在预热与不预热条件下焊接热影响区组织和性能的影响。研究表明,在小线能量(10kJ/cm)下,Nb(C,N)等第二相粒子在粗晶区能起到抑制晶粒长大的作用,使得晶粒比较小,而大线能量(40kJ/cm)下,这些粒子完全溶解,几乎没有起到对粗晶区晶粒长大的抑制作用。另外,小线能量(10kJ/cm)下,焊前预热有利于生成较细小的淬硬组织,对GR.65钢粗晶区的韧性起有利作用,而大线能量(40kJ/cm)下焊前预热反而使粗晶区组织粗大,并生成上贝氏体等韧性很差的组织,会对整个焊接热影响区产生不利影响。

t_(8/5)对高强度余热处理棒材焊接热影响区组织和力学性能的影响

采用Gleeble-3500型热模拟试验机研究了不同t8/5对高强度余热处理棒材焊接热影响区（HAZ）显微组织和力学性能的影响。结果表明：随着t8/5增大,粗晶热影响区（CGHAZ）的组织由羽毛状上贝氏体、短条状下贝氏体和铁素体转变为粒状贝氏体、珠光体和铁素体;HAZ的室温冲击功先增大后减小,并在t8/5=100s时达到最大;当t8/5〉60s后,CGHAZ组织由珠光体和铁素体组成;HAZ的硬度随着t8/5增大而降低;高强度余热处理棒材能够满足实际生产需要的t8/5区间为20~300s。

X100管线钢埋弧焊缝焊接热影响区组织性能研究

针对高钢级X100管线钢双面埋弧焊接的工艺特点,采用Gleeble3500热模拟试验机研究了内焊缝(一次焊缝)受到外焊(二次焊接)热循环作用后的组织与性能变化情况。通过光学显微镜和扫描电镜等手段进行了微观组织分析以及力学性能测试。结果表明:一次焊缝受到二次焊接热循环的峰值温度在(α+γ)两相区时韧性值降低了21%,表现为焊缝临界区局部脆化;当峰值温度达到1300℃时,焊缝韧性值降低了73.8%,表现为焊缝粗晶区严重脆化,粗大的M-A组元是脆化的主要原因。

高速列车转向架SMA 490BW耐候钢焊接热影响区模拟试验

实验分析高速列车转向架构架用钢焊接接头热影响区的组织性能。采用Gleeble-3500热模拟试验机对SMA490BW耐候结构钢进行焊接时温度循环的模拟,研究了三种焊接线能量状态下两个不同特征热影响区的组织和性能,为焊接工艺的优化提供理论依据。SMA490BW耐候钢的过热温度区间热影响区组织多为贝氏体,并且组织性能根据采用线能量的不同会产生明显差异。随着焊接热输入的增加,其组织晶粒增大,强韧性下降。推荐热输入线能量E=5 kJ/cm。

T91钢焊接热影响区粗晶区韧性研究

利用热模拟机对T91钢焊接过程热循环进行模拟。热处理后试样的硬度试验、冲击韧性试验和显微组织分析表明,焊接热模拟后在T91钢热影响区粗晶区形成的粗大马氏体组织是引起韧性显著下降、硬度增加的主要原因。采用热处理使马氏体转变为组织细小的回火索氏体组织,改善了热影响区粗晶区的性能。采用t(?)为8-10s获得有利于韧性的组织晶粒,770℃+4h热处理提高热影响区粗晶区的韧性。

化学元素及焊接热对低合金钢埋弧焊丝的影响

对某核反应堆主设备制造过程中常用的低合金钢埋弧焊丝、焊剂进行研究,通过对比分析不同焊接热输入焊接焊缝的性能,确定元素及焊接热对低合金钢焊缝力学性能的影响,为制造厂验收焊接材料,以及使用不同批次焊材制造产品提供经验数据。

直流非波形控制焊接电源焊接热输入计算分析

利用不同的计算方法对直流非波形控制焊接电源焊接热输入的计算精度进行了对比分析,可为焊接热输入计算方式的选择提供参考。