CMT增材再制造含预制槽30CrMo板组织性能及热处理研究

针对含体积型缺陷的30CrMo零件,基于单焊道的宽度、高度和圆弧轮廓方程,构建了预制槽宽度的预测模型;针对优选的预制槽宽度,开展含预制槽的CMT再制造试验;利用金相显微镜、扫描电子显微镜表征熔覆层的微观组织、析出相分布规律;利用万能试验机测试熔覆层的拉伸力学性能。结果表明:CMT增材再制造得到的熔覆层连续、无宏观缺陷、与母材融合良好。焊态熔覆层主要由铁素体和粒状贝氏体构成,晶界上分布有大量的块状碳化物,晶内部碳化物颗粒较少;热处理后铁素体尺寸增大比较明显,晶界上的块状碳化物尺寸增大、弥散度降低。再制造试样具有良好的力学性能,其横向拉伸的强度优于纵向;热处理后纵向拉伸的屈服强度、抗拉强度分别为592MPa、736MPa,约为30CrMo母材性能的90.8%、90.7%。本研究为再制造件的形、性调控提供了数据支撑。

5052铝合金CMT焊、脉冲MIG焊和交流TIG焊接头组织与性能对比研究

文中分别采用CMT焊、脉冲MIG焊和交流TIG焊对2 mm厚的5052铝合金板进行了焊接,使用金相显微镜、显微维氏硬度计、电子万能试验机等研究接头的宏观金相、显微组织、硬度分布、抗拉强度、弯曲性能。结果表明:焊缝美观无缺陷;母材区和热影响区的显微组织为α(Al)基体+大量析出的β(Mg 2 Al 3),焊缝区显微组织为α(Al)基体上分布大量的β(Mg 2 Al 3)相及Mg 2 Si化合物,枝晶内的Si处于过饱和状态,产生了固溶强化和细晶强化作用,使得焊缝区的显微硬度高于母材区和热影响区;CMT焊、脉冲MIG焊、交流TIG焊接头的抗拉强度分别为257 MPa、266 MPa、264 MPa,达到了母材抗拉强度的90%以上;面弯和背弯试验,所有试样都未出现超过3 mm的裂纹。

激光功率对205B铝合金激光-CMT复合增材组织及性能的影响

目的针对传统增材技术造成的205B铝合金组织均匀性差、气孔率高、强度低等问题,选用激光-电弧(CMT)复合增材技术为研究方法,探究激光功率对其组织均匀性和性能的影响规律。方法采用激光-电弧(CMT)复合增材技术实现了205B铝合金增材成形件的良好成形,并利用现代分析技术对材料的宏微观组织形貌、第二相分布、气孔、物相组成、显微硬度及拉伸强度进行表征。结果成形件中部区域呈现“凹弧形”层状结构特征且存在一定程度的组织不均匀性和各类气孔。激光功率对材料层间和层内宏微观组织及第二相分布有显著影响,当激光功率增加至1800W及以上时,层间“细晶带”特征明显且柱状晶组织逐渐消失。当激光功率为1600 W时,材料获得了最低的气孔率(0.85%),平均气孔直径为25.58μm,平均气孔数量为32。材料具有典型的拉伸强度各向异性,当激光功率为1600 W时,材料的横向拉伸强度和纵向拉伸强度均获得最大值,分别为265.65MP和235.75MPa。结论通过调节激光功率能够在一定程度上解决材料组织不均匀的问题并减小气孔率,从而提高了成形件的力学性能。

铝合金与镀铜钢CMT熔钎焊技术研究

采用Al Si12药芯焊丝作为填充材料,对2 mm厚的6082铝合金与Q235B镀铜钢进行对接冷金属过渡(CMT)熔钎焊接试验,研究不同焊接速度和镀铜层厚度对接头焊缝成型、界面组织和力学性能的影响,探讨Cu元素对金属间化合物层(IMC)生长的影响。结果表明:当焊接速度为350 mm/min时,铝在钢板正反面均有良好的润湿铺展,焊缝成型美观;IMC层厚度过大或过小均会对接头性能产生不利影响,当镀铜层厚度为10μm时,IMC层厚度为2.38μm,接头抗拉强度达到峰值138.7 MPa,相较于未镀铜接头的提高了31.9%,接头断裂于铝侧热影响区。镀铜层可以抑制界面层中θ-Fe(Al,Si)_(3)相的生成,阻碍Al、Fe反应,降低IMC层厚度。适当的镀铜层厚度可以有效改善接头的力学性能。镀铜层厚度过大促使Al_(2)Cu相产生,成为接头的薄弱区域。

CMT电弧增材制造2319铝合金微观组织与力学性能分析

采用CMT(冷金属过渡)技术电弧增材制造了2319铝合金直壁墙,并分别对沉积态和热处理态2319铝合金组织和性能进行分析。沉积态2319铝合金,层内区域为等轴晶组织,层间区域气孔缺陷较多,同时晶粒分布为粗大柱状晶和等轴晶的交混组织,沉积态2319铝合金纵向抗拉强度251 MPa,横向抗拉强度255 MPa。将沉积态2319铝合金进行热处理强化,优化固溶和时效制度,根据硬度确定最佳热处理制度:固溶温度535℃、固溶时间1 h、时效温度175℃和时效时间12 h,经过热处理后的2319铝合金,可引入高密度、细小、针状分布的θ″-Al2Cu相,产生析出强化效应,使得合金抗拉强度达449 MPa,较沉积态提升了76%。

CMT电弧增材制造的5356铝合金薄壁件力学性能及其强化机理研究

采用CMT电弧增材制造了5356铝合金单道多层薄壁件,研究了5356铝合金薄壁构件的力学性能。并探讨不同电流情况下不同沉积高度的熔池形貌变化以及组织变化。结果表明,5356铝合金显微组织主要为α(Al)基体与β相,强化机理主要为细晶强化和析出相强化。5356铝合金组织和性能在不同沉积高度有差异。构件底部由于受到热循环更多,晶粒较为粗大,二次相较多且连续分布,而顶部受到热循环较少,晶粒相对细小且二次相主要呈点状析出。随着电流升高,薄壁构件力学性能逐渐降低。

冷金属过渡(CMT)技术综述

冷金属过渡(CMT)技术作为一种先进的焊接技术,因其焊接过程中较低的热输入和低飞溅等优点而得到广泛的应用。本文主要对CMT技术的历史由来、工作原理和技术优点进行简要回顾;并且罗列了各种CMT技术类别。对于CMT技术最近以来在同种金属焊接、异种金属焊接和增材制造三大领域的研究与应用的现状进行了介绍;同时介绍一些CMT辅助手段的应用。最后,对CMT技术未来发展前景提出了一些建议。

CMT+P焊接行为及其AE特征频率

为了研究冷金属与脉冲复合焊(cold metal transfer and pulse,CMT+P)的焊接行为,使用PCI数据采集卡、高速相机、红外成像仪及声发射采集系统对焊接过程进行同步监测.发现脉冲射滴过渡发生前,焊机输出电流突增,同时焊丝尖端释放猛烈电弧光,随后熔滴滴入焊道,熔池温度增加,声发射(acoustic emission,AE)信号显示出1个波峰.发生CMT短路过渡时,焊机输出电流同时为焊丝熔化和焊丝伸出提供能量,待到焊丝尖端接触基板瞬间形成短路,熔池温度持续降低,AE信号微弱,伴随着熔滴因过热收缩而爆断,熔滴短路过渡完成.对AE信号进行离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,DFT)后,可通过特征频率对CMT+P各个周期及阶段进行过程识别.结果表明,575 kHz和415 kHz可作为脉冲电弧周期和CMT短路周期的特征频率,推断180 kHz是脉冲电弧的特有频率,575 kHz的频率则是基础电弧提供,415 kHz处的频率则在CMT短路接触瞬间产生.

不锈钢CMT焊接与MAG焊接工艺对比研究

选用2mm厚X2CrNiN18-7不锈钢进行CMT与MAG焊接工艺对比试验研究。主要从焊缝成形、接头金相、力学性能、焊接飞溅和焊接变形等方面对比分析以上两种工艺的不同之处。结果表明:两种焊接方法的焊缝都是典型的熔化极气体保护焊焊缝成形,二者主要的组织成分都以奥氏体为主,且有少量铁素体。由于MAG焊接热输入高,特征区域与CMT焊接相比缺少部分熔化区和等轴晶区。CMT焊接所得焊缝强度和伸长率高于MAG焊接,焊接飞溅仅为MAG焊接的20%左右,且同种外部条件下同类接头优化工艺CMT焊接变形比MAG焊接小,最大焊接变形约为MAG焊接的70%。

X2CrNiN18-7不锈钢CMT焊接参数对焊缝成形的影响

以4mm厚X2CrNiN18-7不锈钢CMT堆焊试验为对象,探究焊接速度、送丝速度、弧长修正、焊接方向及气体流量对焊缝外观的影响,并通过具体的单一变量试验来分析各个参数对焊接过程及焊缝成形的影响。

电弧脉冲对6005A-T6铝合金CMT-P焊接接头组织和性能的影响

6005A-T6铝合金已被广泛应用于焊接制造,良好的焊接质量是其工业应用的关键。本工作研究了不同电弧脉冲个数下冷金属过渡-脉冲(CMT-P)焊接工艺对6005A-T6铝合金焊接接头宏观形貌、微观组织和力学性能的影响。结果表明,冷金属过渡(CMT)和CMT-P焊接接头力学性能接近,接头硬度分布基本相同。在CMT-P中,随着脉冲个数的增加,焊缝宽度增加,焊缝中心晶粒尺寸增大。当脉冲个数为6时,CMT-P焊接接头的气孔率接近于0%,极限抗拉强度为158 MPa,达到了母材的61.2%,接头延伸率为6.74%。接头拉伸断裂位置均在热影响区,断裂形式为韧性断裂。

激光与CMT+P电弧复合增材工艺对2024铝合金气孔缺陷的影响规律

高强铝合金激光-电弧复合增材制造技术在民用航空领域具有广阔的应用前景,但其气孔率的控制仍存在技术难题。本工作基于激光与冷金属过渡加脉冲(CMT+P)复合增材制造技术,对增材制造2024铝合金薄壁结构件的气孔率开展研究。通过单因素试验,研究了送丝速度、扫描速度、激光功率等工艺参数对薄壁增材件的宏观形貌、气孔率及气孔尺度分布的影响规律。在单因素试验的基础上,以薄壁增材件的气孔率为响应值,通过响应面中心组合试验(CCD)优化工艺参数。结果表明,送丝速度、扫描速度、激光功率等工艺参数都会对薄壁增材件的宏观形貌、气孔率及气孔尺度分布产生影响,建立的二阶回归响应面模型能直观地反映2024铝合金激光与CMT+P电弧复合增材工艺参数与气孔率之间的关系,可用于预测不同工艺参数下薄壁增材件的气孔率,通过二阶回归模型得到优化的2024铝合金激光与CMT+P复合增材工艺参数范围为:送丝速度4.8~5.0 m/min、扫描速度16~18 mm/s、激光功率2000~2200 W。

6061铝合金/DP600钢CMT熔钎焊接头的组织及力学性能

铝合金/钢异种金属连接结构有着广阔的应用前景。采用ER4043焊丝对6061铝合金与DP600钢异种金属进行CMT焊和脉冲电弧焊,并用高速摄影仪研究了焊接过程,分析了焊接模式和工艺参数对搭接接头的组织、界面层及力学性能的影响。试验结果表明,与脉冲电弧焊相比,CMT焊接能在低热输入下实现铝合金与钢的熔钎焊,有效控制金属间化合物的生成,焊接过程稳定,焊缝成型连续美观,焊接效率更高。随着CMT焊和脉冲电弧焊热输入的增加,界面层厚度均逐渐增加,当CMT焊的电流为65 A,热输入为1.97 kJ/cm时,钢侧界面层的厚度约为3μm,搭接接头强度最高。

回火温度对CMT增材制造0Cr13Ni4Mo不锈钢组织和性能的影响

水轮机叶片的制造工艺与质量直接关系到其服役寿命与运行安全,利用CMT电弧增材制造技术,在固定的热输入、层间温度等焊接工艺参数下,通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、0℃冲击试验和硬度试验等方法,研究了回火温度对CMT电弧增材制造0Cr13Ni4Mo不锈钢组织和性能的影响。结果表明,CMT电弧增材制造的0Cr13Ni4Mo不锈钢材料经过不同的温度回火,其显微组织都是典型的板条马氏体。随着回火温度升高,马氏体位相减弱,大量相邻马氏体板条界融合,马氏体板条合并的趋势加剧,逆变奥氏体含量增多。冲击试样以韧性断裂为主,断口处韧性断裂特征明显,分布有大量韧窝。借助扫描电镜能够清楚地观察到韧窝底部的夹杂物,EDS分析表明该圆形粒子主要为Mn、Si氧化物。冲击韧性随回火温度升高而升高,硬度先升高后降低。综合研究表明,经610℃回火处理并保温8 h的试样综合力学性能优异,满足工程实际需求。

不同板厚AZ31B镁合金CMT焊接接头性能对比试验

使用CMT焊接方法对3mm、6mm两种厚度的AZ31B镁合金进行焊接试验,并对焊缝进行了焊缝形貌、微观结构、显微硬度、断口及疲劳性能等方面的试验分析。结果表明:合理的焊接参数能得到优化的焊缝,且金相组织与板厚无关。3mm厚的AZ31B镁合金可达到母材抗拉强度的83%,6mm厚的AZ31B镁合金可达到母材抗拉强度的88.7%,说明AZ31B镁合金CMT焊接接头的脆性随着板厚增加而增大,同时接头的显微硬度整体呈W形分布,焊缝区显微硬度高于热影响区且薄板热影响区硬度略高于厚板。在进行了200万次循环后,接头的疲劳强度为16.72MPa,仅为其抗拉强度的7.8%,焊接接头的疲劳强度远低于其抗拉强度。接头拉伸断裂位置位于母材,呈45°角切断,断裂位置与显微硬度最低位置相吻合,接头的断裂区域有明显的塑性变形痕迹。

CMT能量输入特点与熔滴过渡行为

为分析CMT焊接方法的工艺特点,采用高速CCD摄像机建立了电弧形态和熔滴过渡视觉传感系统并且通过电流、电压传感器建立了波形采集系统,以此分析其能量输入特点和熔滴过渡行为.结果显示,CMT焊接波形控制呈现典型的直流脉冲特征,焊接时热输入较低;在CMT短路过渡过程中,熔滴尺寸随焊接电流的增加幅度不大,将熔滴尺寸控制在一定范围内可实现稳定的短路过渡.CMT短路过渡通过焊丝回抽,避免了大的电磁力,有效地消除了飞溅.当电流增大到一定值时,其过渡形式将转变为射滴过渡和短路过渡的混合过渡.

交流CMT动态电弧特征及熔滴过渡行为分析

为了研究交流CMT焊接过程中的电弧形态及熔滴过渡过程,采用高速摄像技术结合焊接电参数采集系统,拍摄了清晰的交流CMT电弧及熔滴图像,同步采集了电参数的波形数据,将二者结合起来分析.结果表明,交流CMT电弧经历燃弧—形成熔滴—熄弧过程;正极性阶段焊丝端头电弧集中,工件表面电弧发散,形成"钟罩"形电弧;负极性阶段电弧有"上爬"现象,该现象会加速焊丝熔化;熔滴过渡经历冷—热—冷的转换,无缩颈形成;负极性阶段的焊丝熔化速度相对较快,熔滴过渡周期小于正极性阶段,熔滴直径比正极性阶段的略大.

CMT和(S)-CMT对菊花水培扦插生根的影响

为初步探明2种新合成的酰脲类化合物CMT和(S)-CMT对植物生长发育的影响,以不同浓度的CMT和(S)-CMT水溶液对菊花插条基部进行处理,测定了处理后水培扦插不同时期菊花的生根和根苗生长状况。结果表明,CMT和(S)-CMT均能明显提高扦插菊花的生根率、生根数和根长,并使根和苗生长健壮。二者均以5mg/L处理效果较好,其中(S)-CMT 5 mg/L为最佳。

利用哈佛CMT目录研究全球Ⅰ级构造系统的地震活动

地震是描述地壳现今构造带和应力场的最佳信息源,包含了全面而又丰富的动力学内涵。根据全球地震的分布及其运动学、动力学特征,全球最活动的构造被划分为环太平洋构造系、大洋中脊构造系和大陆构造系等 3个全球Ⅰ级构造系统。文中应用包含多种参数的哈佛CMT地震目录,研究了全球及其 3个Ⅰ级构造系统的地震震源破裂类型、地震活动特征、震源深度分布特征等,讨论了三大构造系在这些方面存在的差别,进而说明了各个构造系在构造环境和动力作用方面的差别。

铝钢异种金属CMT焊接温度场的数值模拟

利用大型通用有限元软件ABAQUS对铝钢异种金属CMT(cold metal transfer)焊接温度场分布进行数值模拟.计算过程中,采用双椭球热源和高斯热源分别考虑实际焊接时电弧加热和熔滴引入的热量对温度分布的影响.实验结果表明:在特定的工艺参数下,熔池中心的温度为960℃,计算所得到的热循环曲线和试验测得的热循环曲线取得较好的一致.镀锌钢板背面锌熔化的宽度为11mm,与实验结果吻合,所建立的热源模型也是合理的.