焊接热输入对Fe-Cr-B-C堆焊合金组织与性能的影响

为了研究焊接热输入对高硼铁基堆焊合金组织结构及力学性能的影响,利用CO2/MAG焊,采用FeCr-C-B系金属粉芯焊丝制备高硼铁基堆焊合金,利用力学试验机、硬度仪、光学显微镜、扫描电镜及X射线衍射仪等研究了堆焊合金的组织形貌、力学性能及析出相的变化。结果表明:高硼铁基堆焊合金由(Fe,Cr)、(Fe,Cr)2B和(Fe,Cr)3(C,B)相组成,随着热输入的增加,初晶(Fe,Cr)和(Fe,Cr)2B体积分数增加,(Fe,Cr)3(C,B)相减少,堆焊合金的冲击韧性增加,当热输入为220.8 k J/m时冲击功达到最大298 J;堆焊合金的宏观硬度取决于(Fe,Cr)、(Fe,Cr)2B和(Fe,Cr)3(C,B)的体积分数,当热输入为220.8 k J/m时获得堆焊合金的最小洛氏硬度59 HRC。

Fe-Cr-B-C堆焊合金的组织与耐磨性

采用药芯焊丝气体保护堆焊方法制备Fe-Cr-B-C堆焊合金,利用金相、SEM、XRD等方法,分析了不同硼含量对堆焊合金组织及硼化物形貌的影响。结果表明:Fe-12Cr-xB-0.1C合金的显微组织由铁素体+奥氏体+(Fe,Cr)2B+(Fe,Cr)23(B,C)6组成。当硼含量<3%(质量分数,下同)时,随着硼含量增加,硼化物形态逐渐由断续网状转变为网状;当硼含量≥3%时,随着硼含量增加,初生块状(Fe,Cr)2B数量逐渐增加,其尺寸和分布更均匀,硼化物主要呈块状、条状、鱼骨状、蜂窝状及菊花状分布。初晶(Fe,Cr)2B近似呈四边形柱状体,趋向垂直于堆焊层表面生长。当硼含量≤4%时,硼的增加能显著提高Fe-Cr-B-C堆焊合金的硬度及耐磨性。

Fe-Cr-B-C系耐磨堆焊合金组织与性能

为了探讨合金元素Cr,C对高硼铁基堆焊合金组织结构的影响,采用气体保护焊堆焊技术,通过调整金属粉芯焊丝中高碳铬铁的添加量,在Q235钢板表面制备不同高碳铬铁含量的Fe-Cr-B-C堆焊合金,采用金相显微镜、扫描电镜、能谱(energy dispersive spectrometer,EDS)及X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)等分析测试方法,分析不同合金元素Cr,C含量对堆焊合金组织和性能的影响。结果表明,堆焊合金的组织为马氏体+网状(Fe,Cr)_(3)(B,C)及少量的微量M_(7)C_(3);随着高碳铬铁粉添加量的增加,网状(Fe,Cr)_(3)(B,C)体积分数增加,堆焊合金中的马氏体具有较高的硬度,合金元素Cr能够使基体组织固溶强化,网状碳化物(Fe,Cr)_(3)(B,C)作为耐磨骨架,阻碍磨料在磨损过程中的挤压与切削作用,使堆焊层耐磨性均高于65Mn钢3~4倍,其磨损机理为微犁沟。

TiC钢结硬质合金与堆焊过渡层的界面组织及性能研究

采用ERNiCrMo-3焊丝在TiC钢结硬质合金上堆焊过渡层,使用扫描电子显微镜、能谱仪、显微硬度计、万能试验机对不同热输入下TiC钢结硬质合金/ERNiCrMo-3熔敷金属界面的组织性能进行研究。结果表明:TiC钢结硬质合金和ERNiCrMo-3熔敷金属之间存在厚度为60~150μm的熔合区。随着焊接热输入的增加,熔合区的厚度逐渐增加;当热输入为3.5 kJ/cm时,界面处组织分布均匀,无气孔、裂纹以及晶粒异常长大现象。母材和堆焊金属之间存在元素扩散现象,二者实现了冶金结合;母材和堆焊焊缝之间存在一个硬度逐渐变化的缓冲区域;TiC钢结硬质合金/ERNiCrMo-3堆焊金属界面剪切强度最高可达到443 MPa,满足恶劣工况下对耐磨件与基体结合性能的要求。

温度对Stellite6与Stellite21合金堆焊层组织与性能的影响

采用等离子堆焊技术在304H不锈钢上分别堆焊Stellite6和Stellite21钴基合金,研究了在550~650℃不同温度下钴基合金堆焊层的显微组织和性能演变规律。利用光学显微镜、扫描电镜与电子探针对堆焊层组织形貌及结合处元素分布进行观察分析,采用显微硬度计与电化学工作站分别对堆焊层的显微硬度与耐腐蚀性能进行检测。结果表明:两种合金堆焊层组织由熔合区的平面晶、中部柱状晶及顶部的等轴晶组成。随着温度升高,堆焊合金枝晶间距略有增大,熔合处无明显元素扩散,具有良好的组织稳定性。焊态Stellite6、Stellite21合金堆焊层的显微硬度分别为463、365HV0.3,受热后两种合金堆焊层硬度略有降低;焊态Stellite6、Stellite21合金堆焊层的腐蚀电流密度分别为1.312、10.848μA/cm^(2),受热后两种合金腐蚀电流密度均略增大。总体而言,在550~650℃下两种合金均具有较高的硬度和良好的耐腐蚀性能。

新型镍基合金ERNiCrFe-13带极堆焊材料的研制

【目的】针对目前中国新一代核电装备制造对镍基合金堆焊金属性能提出更高的要求,国际通用的690合金ERNiCrFe-7A带极堆焊材料已难以满足350℃高温强度和低DDC(Ductility dip cracking)裂纹敏感性要求。【方法】通过对690合金中各元素作用的分析,确定690合金抗DDC的影响因素。【结果】在690合金ERNiCrFe-13成分基础上,试制了WHDNi693焊带,并成功研制了配套埋弧焊焊剂WSJ693HR,依据所研制的焊接材料,进行了带极堆焊工艺评定试验。【结论】研制的新型镍基合金ERNiCrFe-13带极堆焊材料,堆焊金属力学性能、耐腐蚀性能以及抗DDC性能优良。

船用柴油机气缸盖的Inconel 625合金机器人CMT堆焊工艺

文中针对船用柴油机气缸盖的Inconel 625合金堆焊,综合考虑了镍基合金的焊接性、气缸盖堆焊部位凹槽特点,以及冷金属过渡(Cold Metal Transfer,CMT)焊接技术,结合机器人的使用,开发了船用柴油机气缸盖的Inconel 625合金机器人CMT堆焊工艺,在生产中应用良好。

工艺参数对热丝脉冲TIG堆焊Inconel 625合金成形性能及组织的影响

采用热丝脉冲非熔化极惰性气体保护焊(TIG)在低电流(峰值/基值电流为160 A/95 A)和不同焊接速度(220~300 mm·min^(−1))下于AISI 4130钢表面制备Inconel 625合金堆焊层,研究了焊接电流与焊接速度对堆焊层成形性能及显微组织的影响,并与高电流(峰值/基值电流为190 A/110 A)条件下进行对比。结果表明:随着焊接速度的增加,低电流下堆焊层的宽度和熔深降低,高度以及熔深与高度之比先降后升;低电流下堆焊层的宽度、熔深及熔深与高度之比低于高电流下,高度则高于高电流下。低电流、低焊接速度可获得窄且高,稀释率低的堆焊层。低电流下堆焊层截面近表面和远离熔池底部主要形成胞状晶、胞状树枝晶,熔池底部以平面晶为主;随着焊接速度的降低,平面晶区扩大,近表面晶粒向柱状晶或胞状树枝晶发展,远离熔池底部的晶粒向胞状晶发展。在峰值/基值电流160 A/95 A、焊接速度240 mm·min^(−1)和搭接率30%条件下制备的3层10道堆焊层连续致密,显微硬度在(280±20)HV,堆焊后还需进行退火处理以降低硬度。

B对Fe-Cr-B-C合金热处理后显微组织和强韧性的影响

为了探索调控Fe-Cr-B-C合金强韧性匹配的新方法,研究了B对其热处理后显微组织、硬度及冲击韧性的影响。经1 050℃空淬处理后,在低w[B](0.000 6%)合金的枝晶间析出大量极细二次碳硼化物,在中w[B](0.51%)和高w[B](2.89%)合金基体中析出弥散的二次碳硼化物。随B含量增加,二次碳硼化物的颗粒度增大,颗粒密度降低。经1 050℃空淬+500℃回火处理后,三种B含量合金中的二次碳硼化物均增多,且析出区域扩大。低B合金的枝晶干为粗大板条马氏体,枝晶间由针状马氏体、高密度二次碳硼化物及少量凝固析出相构成,其冲击韧性最佳,洛氏硬度居中;中B合金主要由弥散分布着二次碳硼化物的针状马氏体基体以及网状硼碳化物构成,其洛氏硬度最高,冲击韧度居中;高B合金由弥散分布着少量二次碳硼化物的γ基体及更致密的网状硼碳化物构成,其洛氏硬度和冲击韧度均最低。另外,中B和高B合金的网状硼碳化物发生了局部断网,导致其冲击韧性较铸态下明显提高。

B含量对Fe-Cr-C系堆焊合金组织结构及耐磨性的影响

为了进一步提高Fe-Cr-C系堆焊合金的耐磨性,采用等离子粉末堆焊技术,通过调整堆焊合金粉体中硼铁粉的添加量,在Q235钢表面制备不同B含量的Fe-Cr-C耐磨堆焊合金层,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)及磨粒磨损试验等分析测试方法,探究B添加量对Fe-Cr-C系堆焊合金组织结构、物相组成及耐磨性的影响。结果表明:当B添加量(以硼铁粉计,下同)为0时,堆焊合金的组织由树枝晶状Fe和菊花状(Fe,Cr)_(7)C_(3)+Fe共晶组织组成。随着B添加量的增加,堆焊层中(Fe,Cr)_(7)(C,B)_(3)硬质相的体积分数增加。(Fe,Cr)_(7)(C,B)_(3)相的析出量达到一定值后,初晶B_(0.7)Fe_(3)C_(0.3)相生成。当B添加量为20.0%时,(Fe,Cr)_(2)B硬质相大量析出。堆焊层的硬度整体呈现上升-陡降-上升的趋势,B-10试样的硬度达到63.1 HRC。磨粒磨损试验结果显示,堆焊合金层耐磨性呈现上升-平缓-上升的趋势,B-20试样的耐磨性增至B-0试样的2.8倍。

Mn含量对Fe-Cr-C耐磨堆焊合金层组织及性能的影响

Fe-Cr-C系堆焊合金层韧性较差,表面易产生裂纹,通过在Fe-Cr-C系合金粉中加入锰铁粉可以改变堆焊合金层的性能。实验通过添加不同Mn含量的锰铁粉在Q235钢板上进行堆焊,采用X射线衍射仪、光学显微镜、显微硬度计及洛氏硬度计对堆焊合金层进行性能分析。结果表明:Mn元素能够提高Fe-Cr-C堆焊层硬质相的数量。在锰铁粉质量分数为5%~20%时,随着锰铁粉添加量增加,堆焊合金层析出γ-Fe的体积分数和堆焊层内部硬质相(Cr,Fe)_(7)C_(3)的体积分数呈现增加趋势。当锰铁粉的添加量为20%时,堆焊层内硬质相(Cr,Fe)_(7)C_(3)的体积分数最大,分布密集。合金层硬度随锰铁粉添加量的增加呈现先下降后上升趋势,当锰铁粉添加量为5%时,堆焊合金层硬度最高,约为HRC 55.7.

6061铝合金搅拌摩擦增材堆焊工艺研究

采用搅拌摩擦增材制造技术进行A6061铝合金表面堆焊工艺试验。采用光学显微镜和扫描电镜观察堆焊层的晶粒组织形貌,分析工艺参数对堆焊层形状尺寸和晶粒尺寸的影响,并进行拉伸性能测试。结果表明:在其他工艺参数不变的情况下,金属棒料的旋转速度为338 r/min,送料速率为440 mm/min,刀具底部与金属底板表面的间隙为2.8 mm时,热塑变材料在长度方向的堆焊铺展效率最高;堆焊层的晶粒尺寸随着送料速率逐渐增加,表现为先显著减小而后逐渐趋缓;堆焊层的晶粒尺寸随着金属棒料旋转速度增加而增加;堆焊层各区域中的晶粒尺寸大小排列顺序为:中心>上方>下方;堆焊层材料的抗拉强度和屈服强度均略高于锻件材料,两者的延伸率则基本相当,堆焊层拉伸断口为典型延性断裂形貌。

管板镍基合金双钨极自动TIG堆焊工艺研究及应用

针对双钨极单热丝自动TIG工艺原理和技术优越性进行探索,采用双钨极单热丝自动TIG工艺在SA-508 Grade 3 Class 1锻件管板上进行镍基合金堆焊,并对堆焊层的各项性能进行试验研究,验证该方法在管板堆焊技术中应用的可行性。通过对焊接工艺参数的优化,该工艺方法在核电产品及管壳式换热器类设备制造中进行推广应用,熔敷效率可达到2.5~6 kg/h,工艺熔敷效率约为普通单热丝自动TIG的3倍,可在有效保证核电产品管板镍基堆焊层质量的前提下,缩短核电产品的制造周期。

GTAW堆焊工艺参数对2A12铝合金板堆焊焊缝组织和力学性能的影响

某型装备腹部铝合金盖板在使用一段时间后易出现裂纹、磨损现象,需采用钨极氩弧焊方法进行修复,研究焊接电流和氩气流量对2A12铝合金板堆焊焊缝组织和力学性能的影响。研究结果表明,1.2 mm厚的2A12铝合金板材,当氩气流量不变时,随着电流的增大,堆焊焊缝抗拉强度先增大后减小,在焊接电流为60 A时抗拉强度最大,拉伸断裂位置为母材。当焊接电流不变时,随着氩气流量的增大,堆焊焊缝抗拉强度先增大后减小,在氩气流量为8.5 L/min时抗拉强度最大。当焊接电流60 A,保护气体(氩气)流量8.5 L/min时堆焊焊缝平均抗拉强度达到最大,为127.09 MPa。不同参数下的堆焊焊缝硬度分布趋势大致相同,都呈现M形。

Fe-Cr-C-B-Nb堆焊合金的制备及耐磨耐蚀性能研究

为了进一步提高Fe-Cr-C系堆焊合金的耐磨耐蚀性能,采用焊条电弧焊的方式,通过向焊条药皮中加入高碳铬铁、碳化硼和铌铁等粉末制备Fe-Cr-C-B-Nb堆焊合金层,采用光学显微镜、洛氏硬度计、磨料磨损试验和电化学腐蚀试验等分析测试方法,对堆焊合金层的组织结构、耐磨损性能和耐腐蚀性能进行探究。结果表明:堆焊合金层的显微组织主要由马氏体和M_(3)(C,B)+Fe共晶组织组成,堆焊合金层洛氏硬度值最高可达66.5HRC;磨粒磨损试验结果显示,堆焊层磨损失质量为0.055 g,仅为Q235钢基体的26.8%;在w(NaCl)3.5%溶液中,堆焊层相较于基体的腐蚀电流密度降低了1.59×10^(-7) A/cm^(2),极化电阻值提高1个数量级,具有良好的耐腐蚀性能。

镍铜合金FCAW-G堆焊工艺研究

采用药芯焊丝气体保护焊(FCAW-G)对Q345R钢试板进行了镍铜合金N04400堆焊工艺评定,依照NB/T47014—2011《承压设备焊接工艺评定》要求对堆焊层的弯曲、化学成分及金相组织进行了检测。试验结果表明:采用80%Ar+20%CO_(2)混合保护气体,选用型号为ENiCu7T0-4的药芯焊丝进行过渡层及耐蚀层的堆焊,可以获得性能优良的耐蚀层,其化学成分满足标准要求,为镍铜合金实现高效堆焊提供了一种新的工艺参考。

堆焊修复合金支承辊的无损检测分析

堆焊修复支承辊制作工艺复杂,尤其是高碳合金支承辊的修复工作,涉及多种材料的焊接。传统的堆焊支承辊无损检测方案无法有效检测到各个区域不同类型的缺陷,且检测中容易对轧辊问题产生漏判甚至误判,进而引发安全隐患,如带缺陷上机可能会造成剥落及断辊等恶性事故。某些选用的过渡材料焊接在成型后为奥氏体形态,与高碳母材和堆焊工作层组织的差异较大,且修复周期较长,过程中人、机、料、法、环的任何偏差都可能导致修复结果异常。对此,堆焊修复支承辊需要进一步研究采用有效的无损检测工艺进行检测,并制定系统的评定要求。文章对该类特殊堆焊修复支承辊无损检测的有效性及方案进行研究,以提高该类堆焊修复轧辊无损检测验收的可靠性和有效性,进一步保证该类轧辊的修复质量和使用安全,以期为轧辊堆焊修复质量控制工艺提供技术支持和参考。

等离子堆焊参数对合金层热冲击性能的影响研究

高温镍基合金具有良好的耐高温腐蚀、耐高温磨损和高温强度,被用作柴油机气阀密封面堆焊材料。但是,密封面合金层堆焊质量不能有效通过热冲击检测,热冲击后合金会开裂,影响着产品的应用和推广。基于此,文章研究堆焊线速度对合金热冲击通过性的影响,采用等离子堆焊技术,在45Cr9Si3材质的气阀上以不同的焊接线速度,制备3组Colmonoy56 SPL粉末合金堆焊层,然后通过金相组织观察、硬度测试等手段分析合金层的微观组织、洛氏硬度。试验结果表明:镍基高温合金堆焊参数区间窄,线速度是影响合金层抗裂性的主要变量;针对试验气阀,70 mm·min^(-1)的堆焊线速度可以有效解决热冲击后合金开裂这一应用难题,使产品满足热冲击检测的要求。

Ti和Nb对铁基堆焊合金组织性能的影响

改变Ti或Nb的添加量制备Fe-Cr-C-B系铁基堆焊合金.借助扫描电镜、X射线衍射仪、洛氏硬度计和磨损试验机对堆焊合金组织性能进行测试分析.结果表明,在含Ti或Nb的堆焊合金中,初生奥氏体晶粒细化,共晶组织呈断网状均匀分布,并分别有黑色圆形或块状TiC和菱形或三角形NbC硬质相颗粒生成,添加5%Ti的堆焊合金组织最细小.TiC或NbC硬质相颗粒在组织中呈均匀弥散分布,能够作为耐磨质点与细化的初生奥氏体和共晶组织构成耐磨骨架,共同抵抗磨粒的楔入与切削作用.当Ti添加量为5%时,含Ti堆焊合金达到最优耐磨性,硬度为66 HRC,磨损量为0.048 7 g;当Nb添加量为4%时,含Nb堆焊合金达到最优耐磨性,硬度为65 HRC,磨损量为0.052 4 g.在同等条件下,含有适量Ti的铁基堆焊合金具有更优的耐磨性.

CaCO_(3)对复合粉粒和实心焊丝明弧堆焊高铬合金组织及耐磨性的影响

目的将活性剂引入复合粉粒,旨在改变电弧对其的作用属性,以提高堆焊金属的合金化元素量,从而改善其耐磨性。方法以复合粉粒和实心焊丝作为填充材料,采用自保护明弧焊法制备系列高铬合金。借助X射线衍射仪、扫描电镜及附属电子能谱仪等手段,研究复合粉粒添加CaCO_(3)含量对其堆焊高铬合金的组织及耐磨性的影响。结果随着CaCO_(3)添加量增大,焊缝的碗形熔深随之消除,堆焊合金的粉粒填充量由43.7%提高到47.5%,熔合比由0.281降低至0.140。这使堆焊合金组织由亚共晶变为过共晶结构,初生M7C3相的体积分数随之明显增加,堆焊合金硬度从55.4HRC提高至62.3HRC,磨损质量损失从54.9mg降低至16.7mg,耐磨性净增加2.3倍,合金磨损方式包括微观切削和显微剥落。高速摄影仪所拍电弧影像和电流电压数据显示,复合粉粒添加CaCO_(3)粉,使其堆焊电弧形态从圆锥形转变变为扁平钟罩形,电弧覆盖面积扩展约2倍。结论复合粉粒引入CaCO_(3)粉,促使电弧扩展,这不仅提高了复合粉粒的熔化量,而且显著降低了母材的稀释作用,以微小成本而显著改善了合金组织及耐磨性。