不同焊丝激光-MIG复合焊接SUS301L/Q450NQR1异种钢接头的组织及性能

为了降低成本,采用ER309LSi和CHW-55CNH两种不同焊丝,利用激光-MIG复合焊对Q450NQR1和SUS301L钢板进行对接焊,对比研究了两种焊丝接头的组织与性能。结果表明:两种焊丝接头均无未焊透、未熔合等缺陷,焊缝表面呈明显的鱼鳞纹;ER309LSi焊丝接头焊缝中心区主要为树枝状结晶的奥氏体以及少量铁素体组成;CHW-55CNH焊丝接头焊缝中心区主要由先共析铁素体以和珠光体组成;CHW-55CNH焊丝接头焊缝硬度(374 HV)大于ER309LSi焊丝接头(217 HV);ER309LSi焊丝接头平均抗拉强度(632.3 MPa)略大于CHW-55CNH焊丝接头(608.6 MPa);两种焊丝接头的中性盐雾腐蚀试验结果相差不大,电化学分析试验结果表明ER309LSi焊丝接头的耐蚀性优于CHW-55CNH焊丝接头。综上,当构件受力或耐蚀性要求不严格的时候,可以用价格较低的CHW-55CNH焊丝替代ER309LSi焊丝。

薄板激光-电弧复合焊与双丝MAG电弧焊的接头缺陷对比分析

船用薄板拼板常采用传统的埋弧焊或焊条电弧焊,但存在焊接变形大和焊接效率低的问题。激光-电弧复合焊和双丝MAG电弧焊作为新型焊接方法,具有焊接速度快、焊接变形小、焊接道数少,以及可单面焊双面成形等优点,在提高焊接速度和生产效率的同时能够显著减小焊接变形。通过介绍激光-电弧复合焊和双丝MAG电弧焊两种方法拼接6mm厚的AH36钢板的焊接工艺,并对出现的焊接缺陷进行比较。结果表明:拼接薄板时,激光-电弧复合焊高速高效和防止变形的优势更为突出,但是激光-电弧复合焊比双丝MAG电弧焊更易出现气孔、飞溅、咬边及未熔合的问题;两种焊接方法均会出现反面成形不良的问题,不易出现裂纹和未焊透问题。通过对比分析,加深对激光-电弧复合焊和双丝MAG电弧焊方法的理解,同时便于船厂对可能出现的缺陷提前进行干预,选取合适的缺陷检测方案,也为新工艺的开发提供参考。

爆炸焊接铜/钢复合管界面组织表征与性能研究

为了研究应用于压力容器的管道或承压部件的铜/钢双金属复合管材料中晶粒存在形式和力学性能之间的关系,通过爆炸焊技术获得了T2铜/316L不锈钢复合管,并对其界面形貌与微观组织进行分析。结果表明,T2铜/316L不锈钢复合管结合界面处呈现平直界面和周期性波状界面,波形结合区域的平均波长203μm、波高58μm。复合管结合界面两侧的元素发生互扩散,扩散层厚度为1μm。界面处Fe侧晶粒尺寸较小,随着结合界面距离的增加晶粒尺寸逐渐变大。通过纳米压痕试验发现,波峰处界面的纳米压痕结果达到了3.16 GPa,波谷处的纳米压痕结果达到了2.44 GPa,同时波峰处界面附近区域的纳米压痕结果均高于波谷处,Fe侧纳米压痕结果均高于Cu侧。纳米压痕试验获得的力学性能分布规律和微观组织的分布规律相一致。

Cu/V复合中间层对TC4/IN718激光焊接接头组织及性能的影响

为了实现TC4钬合金与GH4169镍基高温合金的有效连接.采用Cu/V复合中间层对TC4和IN718合金进行连续激光焊接,并分析添加中间层对接头裂纹、组织及力学性能的影响机制.结果表明,常规激光焊接时,TC4/IN718接头焊缝区产生大量Ti-Ni脆性金属间化合物,导致接头形成大量纵向裂纹,焊缝组织为Ti(s,s)+Ti_(2)Ni+Ti-Cr+NiTi+Ni_(3)Ti+Cr(s,s).当采用Cu/V复合中间层后,实现了TC4与IN718合金的有效连接,接头抗拉强度达到271MPa,焊缝组织转变为Ti(s,s)+V(s,s)+NiV_(3)+Cr(s,s)+Cu(s,s)+未熔铜。

铝/铜蓝-红激光复合焊接头组织及性能

为实现动力电池的高效可靠焊接,文中采用蓝-红复合激光进行了1050 Al/T2 Cu搭接焊,分析了激光功率对接头显微组织、相分布、力学性能及导电性能的影响规律.结果表明,铝/铜搭接接头焊缝表面平整,截面呈现T形,PB(蓝光功率)保持300 W,PR(红光功率)在700~1400 W区间内增加,铜侧熔深由60μm增大到1000μm,在PR=800 W时实现良好的冶金结合.焊缝组织由Al固溶体、Al-Cu共晶相和Al_(2)Cu金属间化合物组成,随激光功率增大,焊缝局部出现Al_(4)Cu_(9)相,边缘出现AlCu,Al_(4)Cu_(9)和AlCu_(3)相.在PR=800 W下抗剪强度达到最高108.6 MPa,接触电阻达到最小94μΩ,裂纹由两极交界处Al_(2)Cu区域萌生,沿焊缝边缘由外层Al_(2)Cu区扩展到底部Al固溶体和Al-Cu共晶区交界处,断裂形式为解理断裂.

SiCp/Al复合材料焊接综述

为实现SiCp/Al复合材料的高质量可靠焊接,推广SiCp/Al复合材料在各领域的应用,调研了国内外SiCp/Al复合材料不同焊接方法的研究现状。在熔化焊方面,国内外学者通过调整工艺参数、在焊缝中加入Ti元素发生诱发反应等方法,抑制了焊缝中Al4C3针状脆性相的形成,从而提高了焊接接头的力学性能。在搅拌摩擦焊方面,国内外学者针对不同材料设计了专用的焊接搅拌头,以保证它们具备高耐磨性与足够的冲击韧性,在焊接过程中不出现破损情况;关注了焊接过程中焊接头转速、焊接速度、轴向力与热输入等因素,以获得力学性能优秀、晶粒细小均匀的焊接接头。在扩散焊方面,国内外学者探究了中间夹层对焊缝界面间原子相互扩散的促进作用;采取不同工艺参数,以外加超声或电子束表面加热等方式促进了原子间的相互扩散,以获得力学性能优异的焊接接头,提高焊接效率。在钎焊方面,国内外学者通过探究钎料与SiCp/Al复合材料之间的润湿性来组合钎料与钎剂,通过化学腐蚀处理表面暴露颗粒增强相、在复合材料表面电镀金属等方法来增大钎料与增强相的润湿性、解决钎料铺展受阻的问题,以进一步提高钎焊焊接接头质量。

6061铝合金激光摆动-电弧复合焊组织与力学性能分析

对高铁6 mm的6061铝合金进行激光摆动-电弧锁底对接焊,以焊缝熔深与气孔率为指标,借助扫描电子显微镜(scanning election microscope,SEM),电子背散射衍射(electron backscatter diffraction,EBSD)等表征手段分析了摆动频率对焊缝微观组织与力学性能的影响规律.结果表明,当摆动频率升高为250 Hz时,焊缝气孔率降至1%以下,靠近熔合线附近的焊缝区域主要由柱状枝晶组成,而焊缝中心电弧区域主要由等轴枝晶组成,激光摆动频率变化会影响单位周期内光束前进距离,进而影响光束对熔池后方的搅拌能力强弱,随着激光摆动频率的增大,熔池的搅拌作用效果增强,焊缝中心等轴枝晶细化程度明显,晶粒尺寸由68μm降至44μm.当摆动频率为250Hz时,接头的抗拉强度达到最大为229 MPa,约为母材强度的73%,焊缝气孔率的降低和焊缝中心细化的枝晶组织为接头强度提高提供了有利条件.

铝合金T型接头激光+GMAW复合焊残余应力数值分析

目的研究激光+GMAW复合焊中不同激光功率参数对铝合金T型接头残余应力的影响,从而提高焊接性能。方法分别考虑了热弹塑性理论、传热学以及T型接头几何特性,建立了铝合金T型接头激光+电弧复合焊残余应力的数值分析模型。采用双椭球体热源模型表征电弧热输入与熔滴晗,采用锥体热源模型对激光深熔焊进行描述。基于所建立的T型接头模型,使用ANSYS有限元软件对12 mm厚铝合金激光+GMAW焊T型接头残余应力进行模拟计算,并研究其分布特征;使用X射线衍射法对T型接头处的残余应力进行测量从而对所建模型的准确性进行验证。同时,对比了不同激光功率下铝合金T型接头对残余应力的影响规律。结果当激光功率分别为2、3、4、5 kW时,铝合金T型接头路径L3上的纵向残余应力最大值分别为270、263、258、251 MPa,米塞斯-等效应力最大值分别为265、261、257、250 MPa。结论后焊的焊缝A对焊缝B有明显的热处理作用,使应力明显降低;在T型接头焊缝及近缝区,横向残余应力和厚度方向残余应力峰值均比纵向残余应力峰值小,且随着激光功率的增大,焊缝及近缝区拉应力峰值不断减小。

Ti6321合金激光-MIG复合焊接接头组织和力学性能分析

对6 mm厚的Ti6321钛合金板开展激光-MIG复合焊接试验,对焊接接头的微观组织和力学性能进行了测试分析。结果表明,焊缝区金相组织主要为粗大的β柱状晶和细小的针状α’相形成的网篮组织;热影响区金相组织分布不均匀,近焊缝区组织主要由针状马氏体α’相和等轴α相组成,而近母材区组织主要由等轴α相、针状马氏体α’相和少量残余β相组成。拉伸断裂发生在远离焊缝的母材处,抗拉强度均值为935 MPa。焊缝和热影响区的硬度明显高于母材,最高硬度值出现在熔合线附近。

基于渐进损伤模型的热固性复合材料电阻焊接头强度的尺寸效应研究

研究了拉剪载荷下热固性复合材料电阻焊接头强度的尺寸效应,揭示了不同搭接尺寸对焊接强度和焊接界面渐进损伤行为的影响规律。为了研究焊接界面的渐进损伤行为,引入双线性内聚力单元,进而建立焊接接头的有限元模型,然后通过电阻焊接的拉剪试验验证了模型的准确性。在此基础上,建立了不同搭接尺寸的数值模型并对其进行研究。研究结果表明,增大搭接长度或者宽度可以提高接头结构的承载能力,但是当搭接长度较长时,在搭接区域边缘易发生翘曲失效,降低了接头单搭接剪切强度,而宽度则对接头的剪切强度影响很小。

U71Mn钢闪光-摩擦复合焊接头组织性能

闪光对焊在焊接钢轨时易在焊缝中心产生氧化夹杂缺陷以及软化层,严重降低了接头力学性能,针对上述问题,开发了闪光-摩擦复合焊,并基于不同的顶锻距离对U71Mn钢进行了焊接工艺研究.结果表明,焊接接头成形良好,接头组织主要分为母材(base material,BM)、热影响区(heat-affected zone,HAZ)、热力影响区(thermo-mechanically affected zone,TMAZ)以及焊核区(weld zone,WZ),其中,在焊接热输入以及摩擦顶锻的作用下,TMAZ及WZ晶粒发生细化,同时,在线性摩擦的作用下,WZ未出现明显的高铁素体含量的软化层组织.接头显微硬度呈M形分布,最高硬度位于TMAZ,接头抗拉强度随顶锻距离的增加呈先上升后下降趋势,最高抗拉强度约为900.3 MPa,达到母材的89.1%,其断裂形式为准解理断裂.

激光-MIG复合角焊缝成形工艺研究

目前,复合焊接技术研究多关注于薄板拼接焊,角焊缝焊接仍采用单热源,焊缝成形效果差。针对8 mm厚的Q235低碳钢板角焊缝,研究了激光-MIG复合焊接时,各工艺参数对角焊缝成形尺寸及熔池状态的影响。结果表明:MIG弧焊熔池飞溅较大,焊缝熔深、熔宽均较小,加入激光热源后,激光对电弧有一定的稳定作用,熔深、熔宽均增大,余高减小。弧焊熔池尺寸随电流增大而增大,当激光熔池与弧焊熔池耦合较好时,有利于稳定熔池、减少飞溅;随热源间距增大,熔滴不再滴入激光作用区,耦合作用下降;随焊接速度提升,热源在单位长度焊缝作用时间变短,熔深、熔宽下降。当激光功率为1.5 kW,焊接电流为220 A,热源间距为2 mm,焊接速度为600 mm/min时,弧焊熔池与激光熔池耦合好,熔池最为稳定,焊缝成形最佳。

多步法原位制备TiB2颗粒增强点焊电极用铜基复合材料及其应用

为提高点焊电极的使用寿命,采用多步法制备TiB2增强的铜基复合材料。采用X射线衍射(XRD)、金相显微技术、扫描电镜(SEM)等表征手段对多步法制备的TiB2增强的铜基复合材料物相、微观形貌进行分析。通过对复合材料力学性能指标测量发现,多步法制备所制备的铜基复合材料具有较好的综合力学性能,将多步法制备的铜基复合材料加工成点焊电极,其寿命测试结果相较于其它对比样最高,寿命达到1500个焊点,是普通铬锆铜点焊电极寿命的2.6倍。

装配间隙对铝合金激光-电弧复合焊接头成形及气孔的影响研究

采用激光先导方式的激光-电弧复合焊对高速列车车体常用的6082-T6铝合金锁底接头进行焊接试验。通过改变水平间隙和竖直间隙的大小,研究其对焊缝成形、熔深熔宽和气孔率的影响,并结合Fluent数值模拟软件进行验证。结果表明,随着水平间隙的增加,焊接接头的熔深和熔宽都呈现逐渐增大的趋势,特别地,当水平间隙从0 mm增大到1.2 mm时,熔深和下部熔宽分别从5.91 mm和1.65 mm增加至6.45 mm和2.46 mm,这主要归因于激光焊接热输入的增大;另外,接头气孔率呈现先下降后上升的趋势,当水平间隙为0.7 mm时,气孔率达到最小,仅为9.21%,小于无间隙时的10.86%和间隙为1.2 mm时的12.61%,这说明一定的水平间隙尺寸有利于提高匙孔稳定性,而过大的水平间隙尺寸则会造成匙孔稳定性变差;另外,随着竖直间隙的增加,尽管接头的熔深熔宽无明显变化,但气孔率呈现不断增大的趋势,从10.86%增大到15.85%,说明竖直间隙的存在不利于维持熔池匙孔的稳定性。最佳装配间隙尺寸为:水平间隙0.7 mm和竖直间隙0 mm。本研究将为采用激光-电弧复合焊接技术来实现高速列车用铝型材的高质量焊接提供工艺指导,并扩大激光-电弧复合焊接在相关领域的应用范围。

累积叠轧焊Al/Mg/Al多层复合材料的腐蚀行为

研究累积叠轧焊(ARB)Al1050/AZ31/Al1050多层复合材料的腐蚀行为,腐蚀介质为3.5%Na Cl(质量分数)溶液,分析测试手段包括动电位极化测试(PDP)、电化学阻抗谱(EIS)、扫描电子显微镜(SEM-EDS)、拉曼光谱和X射线衍射(XRD)等。为了深入研究Al1050/AZ31/Al1050多层复合材料的耐腐蚀性和腐蚀产物,对ARB制备的Al1050/Al1050/Al1050多层复合材料进行了相似的测试作为对比。动电位极化曲线和电化学阻抗谱显示,ARB应变水平会显著影响腐蚀速率。与Al1050/Al1050/Al1050样品相比,Al1050/AZ31/Al1050多层复合材料具有更高的腐蚀速率和更低的极化电阻。AZ31层对腐蚀过程起主导作用。拉曼和XRD分析结果表明主要腐蚀产物为Mg(OH)2,且不含任何氯化合物(如(Mg(OH)_(2))·MgCl_(2))。

保护漆层对10CrNiCu钢激光-电弧复合焊接质量的影响

激光-电弧复合焊工艺稳定性对外界因素变化极为敏感。为了解10CrNiCu钢板材表面保护漆对激光-电弧复合热源焊接质量的影响,采用4 mm厚10CrNiCu钢板进行平板堆焊试验,系统研究了板材表面保护漆打磨与否对焊接工艺稳定性、成形形貌、金相组织及力学性能的影响规律。结果显示,表面打磨焊件在焊缝两侧存在金属飞溅且个数较多,约为19个,未打磨焊件只在起弧端存在3个小尺寸飞溅;未打磨焊件焊缝熔宽约为5.80 mm,打磨焊件熔宽约为6.85 mm,在未打磨焊件焊缝横截面底部存在贯穿型气孔;两者焊接接头的焊缝组织均由针状铁素体和粒状贝氏体组成,但打磨焊件组织中粒状贝氏体数量更多,分布更为均匀;焊件保护漆打磨与否,其拉伸断裂区域均位于母材,断后延伸率约为21%,断裂行为均为韧性断裂;打磨焊件平均硬度为266 HV,未打磨焊件的平均硬度为236 HV,相差约12.7%。保护漆的存在有效避免了焊接过程飞溅在焊缝周围的附着,但使得熔池有效热输入降低,焊缝尺寸减小,工艺稳定性降低,且容易出现气孔等缺陷。

Q690钢激光-MIG复合焊焊缝耐腐蚀性能研究

采用焊接效率较高的激光电弧复合焊对Q690钢中厚板(16 mm)进行焊接试验,分析不同激光功率下焊接接头的显微组织和晶粒尺寸的变化,及其开路电位、交流阻抗谱、极化曲线和腐蚀形貌,探讨激光功率对焊缝电化学腐蚀行为的影响规律。结果表明,激光-MIG复合焊焊缝的显微组织由大量针状铁素体和少量侧板条铁素体、粒状贝氏体组成,其中电弧区的针状铁素体、侧板条铁素体含量多于激光区,电弧区的晶粒尺寸比激光区略大;粗晶热影响区显微组织主要由板条马氏体组成。随着激光功率的增加,焊缝中粒状贝氏体含量减少,针状铁素体和侧板条铁素体含量增加。当激光功率从1.5 kW增至2.5 kW时,焊缝的开路电位上升,容抗弧半径增加,极化电阻变大,极化曲线有右移倾向,自腐蚀电流密度下降,耐腐蚀性能提高。但当激光功率增至3.0 kW时,由于组织过于粗大,耐腐蚀性能反而下降。激光功率为2.5 kW时,复合焊焊缝的耐腐蚀性能最佳。

Q345B钢激光-电弧复合焊接工艺性能研究

利用激光-电弧复合焊接方法,研究了6 mm厚Q345B板激光-电弧复合焊接成形的影响规律,并分析了该方式下工况适应性及接头性能。结果表明:在激光功率为4000 W、焊接速度0.8 m/min、送丝速度8 m/min及光丝间距5 mm时获得了良好的焊缝成形,且对间隙和错边的适应性较好;焊缝X射线探伤可以达到I级合格;接头力学性能表现良好。

TA4/Q235层状复合材料激光穿透焊研究

为解决钛/钢层状金属在熔焊过程中易产生脆性金属间化合物而导致接头出现裂纹、难以实现可靠连接的难题,对TA4和Q235层状复合材料的激光穿透焊接进行工艺探索,并添加T2紫铜作为中间层进行工艺优化。结果显示,在合适的工艺参数下,TA4/Q235激光穿透焊接接头呈酒杯状,焊缝上下部分出现明显的元素交换,引发裂纹缺陷;引入Cu作为中间层后,得到的Ti-Cu-Fe焊接接头成形良好。能谱分析结果表明,添加Cu可有效阻隔Ti、Fe的直接接触,避免了脆性金属间化合物的产生,焊缝晶粒在一定程度上得以细化且开裂现象明显减少,从而改善了TA4/Q235的焊接性;激光穿透焊接的最佳参数为激光功率3 000 W,线速度2.0 m/min。研究结果对Ti/Fe复合板在航空航天、石油化工等领域的应用有积极的探索作用,具有重要的工程应用前景。

Q345B钢MAG焊与激光-MAG复合焊对比研究

对4 mm和8 mm厚的Q345B试板分别进行MAG焊和激光-MAG复合焊的工艺试验研究,分析焊缝成形,检测焊接接头宏观形貌、拉伸性能和弯曲性能。结果显示:相对于常规MAG焊,激光-MAG复合焊能够实现单面焊背面无垫板的自由成形;焊接速度显著提高,焊接作业效率提高一倍以上;焊材消耗减少,仅为MAG焊的22%~27%;焊接热输入小,焊后工件变形显著减小;焊接接头的拉伸和弯曲性能合格,满足实际工程应用要求。