Q235/TA2复合板的焊接

我厂为用户制造生产淀粉的反应釜,设备外形尺寸:直径2600mm,总长度5000mm,工作压力32MPa。由于物料具有强酸特性,因此选用了低碳钢加钛层(Q235/TA2)的复合板材料制造。复合板的化学成分及力学性能如表1所示。

TA2/Q235B复合板不同作用面成形极限及界面损伤行为

采用Nakazima实验法对不同尺寸的退火态TA2/Q235B复合板样品进行胀形实验,研究不同作用面对TA2/Q235B复合板的成形极限和界面损伤行为的影响。结果表明,当凹模与碳钢侧接触时,由于接触材料、界面变形协调能力和应变状态的不同,复合板的胀形高度和成形极限增加,其中R140试样的极限拱高达到最大值(46.17 mm),R60和R180试样在3个方向上的厚度减薄量和界面裂纹更大。此外,由于硬度和拉应力不同,两组样品中所有的水平和斜向孔都向纯钛侧延伸。

TA2+Q345B轧制复合板覆层腐蚀特性研究

钛/钢轧制复合板因其优异的耐蚀性和结构性能而广泛应用于化工、海事等领域。因复合板轧制工艺需兼顾钛/钢两者特性而与单一材质的传统生产工艺有所差别,且在冶金结合界面处元素互扩散是否对覆层TA2组织及腐蚀性能产生影响待研究。通过组织观察、能谱测试和电化学腐蚀试验,研究了界面元素互扩散对覆层TA2组织及腐蚀性能的影响。结果表明:冶金结合界面处元素的互扩散距离仅为8~10μm,不足以影响整个覆层组织;覆层TA2耐腐蚀膜成膜初期存在反复腐蚀,但随着静置时间延长而逐渐稳定,不再发生腐蚀。

不同中间层热轧Q235/TA2复合板界面显微结构及性能

以Nb箔及Nb＋Ni双金属作中间层制备Q235/TA2热轧复合板,通过SEM、X射线衍射、压剪性能测试等试验方法,对经875℃保温1.5 h处理的Q235/TA2热轧复合板界面元素分布、相成分和力学性能进行了研究。结果表明：无中间层试样Fe-Ti界面存在薄膜状脆性Ti C,压剪强度最低,为230 MPa;Nb＋Ni双中间层试样Fe-Ni界面与Nb-Ti界面均未形成任何金属间化合物,Nb-Ni复合界面少量分布微孔,存在Ni3Nb金属间化合物层,压剪断裂发生在Nb-Ni界面处;Nb中间层试样Fe-Nb界面上有金属间化合物Fe2Nb生成,压剪强度最大,为280 MPa。

TA1／Q235钢复合板界面结构与结合特性

在Gleeble-1500热模拟试验机上对Q235钢与TA1进行复合试验的基础上,通过SEM、能谱分析、X射线衍射和电子万能试验机等测试方法对TA1/Q235钢轧制复合板界面元素扩散、相结构以及结合强度、各组元变形规律等进行了分析,研究结果表明,TA1/Q235钢复合材料的应力-应变曲线表现为动态再结晶型,随着总压下率的增大,Q235钢与TA1的变形程度差别减小。在高温复合时,钛与钢中的铁元素发生了互扩散,有一定的扩散层,钛元素相对于铁元素扩散更为活跃,扩散量也比较大。在一定温度和变形量下,结合界面生成了金属间化合物,生成的金属间化合物主要有TiC、FeTi、Fe2Ti。850℃时,主要生成TiC,也有少量Fe2Ti。900℃时,界面生成的化合物主要是Fe2Ti。

退火时间对TA2/Q235爆炸复合板组织性能的影响

为降低爆轰产生的残余应力,TA2/Q235爆炸焊接复合板需进行退火处理。将TA2/Q235爆炸焊接复合板样品在550℃进行不同时间退火处理,通过显微组织观察、显微硬度检测、剪切强度测试,探讨退火时间对复合板晶粒尺寸、绝热剪切带、孪晶、硬度及剪切强度的影响规律。结果表明:退火时间为1 h时,界面结合区存在绝热剪切带,远离结合区存在高密度孪晶且硬度较大;退火时间为72 h时,剪切强度为171 MPa,不能满足生产要求。综合考虑退火时间对爆炸焊接复合板晶粒尺寸、绝热剪切带、孪晶及剪切强度的影响,TA2/Q235在550℃退火时,时间应大于1 h且小于72 h。

TA2/Q235复合板Nb/Cu双过渡层熔焊焊缝组织性能

采用Nb/Cu双过渡层填充金属和纯钛焊丝对TA2/Q235复合板进行对接熔化焊实验,分析研究了过渡层焊缝的组织形貌、成分分布以及硬度分布情况。结果表明,焊缝中堆焊Cu层分别与钢层和Nb层结合良好。Nb层中组织主要为O相,Ti层组织为α相板条,α'马氏体相,残余β相和少量TiCu_2、TiCu_3化合物;Nb层和Ti层间存在宽约为20μm的过渡层,过渡层主要为无限固溶体;从Ti层到Nb层,Ti元素缓慢下降,Nb元素缓慢升高,Cu元素波动变化;焊缝中Ti层硬度约是基体TA2的3.5倍,在焊缝截面纵向上,从Ti层至Nb层再至Cu层,硬度值逐渐降低。

服役温度和时间对TA2/Q235爆炸复合板接头组织及硬度的影响

用热处理方式模拟TA2/Q235爆炸复合板服役过程,揭示温度对复合板接头组织及硬度的影响规律;利用EBSD获取TA2/Q235爆炸复合板200℃服役不同时间后样品的应力等高线图谱,探讨残余应力分布规律。结果表明:TA2/Q235爆炸焊接复合板,200~400℃服役168 h内,接头显微组织无明显变化,硬度在10 h内起伏波动后上升;600℃服役10 h后,Q235开始再结晶,服役168 h后结合区TA2和Q235部分组织反常长大,硬度在10 h内起伏波动后下降;复合板焊接过程中加工硬化主要发生在Q235钢一侧。

真空热扎工艺对TA2/Q235B复合板组织与性能的影响

文中采用对称组坯后抽真空然后热轧的方法制备TA2/Q 235B复合板.研究了不同的轧制工艺对TA2/Q 235B复合板的力学性能和微观组织的影响.在本试验条件下,当加热温度为975℃、总压下率为90%、轧制速率为1.2 m/s时,制得的TA2/Q 235B复合板的剪切强度最高,为184 MPa,满足GB/T 8547标准要求;在近界面的Q235B侧存在脱碳区,该区组织为垂直于界面生长的铁素体;Fe向TA2侧的扩散程度远高于Ti向Q235B侧的扩散程度,在近界面的TA2侧形成了明显的扩散层,在总压下率相同的条件下,随扩散层厚度的增加,复合板的界面剪切强度先增大后减小.

低压循环相变对累积叠轧TA1／Q235钢复合板结合特性影响的研究

根据工业纯钛TA1和Q235钢两种材料相变温度接近的特点,提出了利用低压循环相变预复合-累积叠轧焊制备TA1/Q235钢复合板的新方法。研究结果表明:经过热循环后的试样,在变形过程中,C、Ti原子的扩散并不限于沿垂直于界面的方向,而是可以沿任意方向随机进行的,在Q235钢界面附近没有出现柱状晶,界面附近的铁素体晶粒,从界面附近沿心部成梯度分布;采用累积叠轧焊所制备出的TA1/Q235钢复合板的结合强度得到明显改善,在复合温度为850℃、低压循环相变3次所得到的TA1/Q235钢累积叠轧焊复合板结合强度达到257.3MPa。但是,当热循环相变次数过多时,会增加金属间化合物的厚度,对结合强度产生不利影响。

爆炸焊接TA2/Q235钢复合板末端开裂的原因

用爆炸焊接法制备了TA2/Q235钢复合板,用光学显微镜、扫描电子显微镜分析了复合板末端开裂的原因。结果表明:在末端开裂区域的结合面形成了过渡层,开裂裂纹出现在结合界面和Q235钢基体内部;爆炸焊接后在钛板两侧和末端出现延展变形,延展部分超出钛板原始尺寸5～8mm;爆炸焊接时钛板软化是末端开裂的内因,复合板末端拉应力波是末端开裂的外因。

TA2/不锈钢/Q235复合板的界面结构和失效行为

采用热轧复合法制备了TA2/不锈钢/Q235复合板,并对其开展了不同温度的轧后退火处理。利用扫描电镜、能谱以及X射线衍射等分析了退火温度对复合板界面附近微观组织、金属间化合物等特征的影响。通过显微硬度计和平面内压缩试验研究了退火温度对复合板变形以及力学性能的影响。结果表明:从不锈钢侧到钛侧,界面依次由σ相(富Cr的Fe基固溶体)、χ相(富Cr的TiFe^(2)相)、TiCr_(2)+TiFe_(2)、TiFe等化合物组成。随着退火温度的升高,σ相和TiFe的层厚相较于χ相和TiCr_(2)+TiFe_(2)增加更明显。显微硬度测试表明,随着退火温度的升高,Q235层硬度逐渐降低,而Ti层硬度则是先降低后升高,硬度升高主要与元素扩散有关。平面内压缩过程中,会发生TA2与不锈钢之间的层间开裂,且随着退火温度的升高,层间开裂越早,这主要与越厚的金属间化合物易萌生裂纹有关。

TA2/Q235复合板CMT+激光焊接头的微观组织和力学性能

文中采用CMT和激光焊方法分别对12 mm厚TA2/Q235复合板的基层(Q235)和覆层(TA2)进行焊接,得到的焊接接头质量良好,未见裂纹、咬边等焊接缺陷。通过采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射、微观硬度测试、拉伸、弯曲等试验方法和设备获得了钛-钢复合板焊接接头的微观组织特征、力学性能、界面层元素分布和物相分布,研究了界面层化合物的产生原因以及对力学性能的影响。结果表明:在钛-钢复合板焊接接头微观组织中,Q235钢侧主要为铁素体、珠光体和少量的魏氏组织,钛侧焊缝区组织主要为马氏体组织;焊后焊接接头抗拉强度实测值为420 MPa,内弯试验中试样未发生开裂;界面层化合物主要为Ti Fe和Te2Ti,其显微硬度分别为HV547,HV632,这2种脆性化合物的形成是导致焊接接头强度和韧性下降的主要原因。

装药量对爆炸焊接T2/Q235复合板微观形貌和力学性能的影响

采用爆炸焊接工艺制备了T2/Q235复合板,通过粘结试验、弯曲试验以及硬度测试研究了不同装药量对复合板微观形貌以及力学性能的影响。试验表明,使用爆炸焊接工艺可以实现T2紫铜和Q235钢板良好的结合,结合面呈波浪状并有漩涡区。随着装药量的增加,波浪状的深度增加,波浪峰与峰之间的距离减小;复合板的剪切强度、粘接强度和T2铜侧的显微硬度增大。随着距结合面距离的增大,T2铜侧的显微硬度减小。

时效处理对T2/Q235复合板的力学性能及磨损性能影响

通过爆炸焊接工艺制备T2/Q235复合板,并研究了时效处理对复合板力学性能及磨损性能的影响。利用扫描电镜、金相显微镜对结合面的组织结构进行了分析;利用万能试验机和磨损试验机等设备对复合板的力学性能和耐磨性能进行了测试。试验表明:时效处理参数设定为(300±5)℃温度下保温2 h,得到的复合板硬度最高,此时硬度达到了135 HV;时效处理后,随着复合板硬度的提高,剪切强度有轻微提高,但是粘结强度有所降低;T2/Q235复合板的耐磨性能是铜合金模具滑块的3倍以上,T2/Q235复合板可用来替代一些常用的铜合金。

TA2/Q345B钛钢复合板复合界面缺陷分析

采用真空复合组坯+热轧技术制备了TA2/Q345B钛钢复合板,并通过光学显微镜、扫描电镜、万能拉伸试验机和弯曲试验机等对其微观组织和力学性能进行了观察、检验,研究分析了钛钢复合界面易产生的缺陷及其形成原因。结果表明,TA2复层和Q345B基层之间形成了冶金结合,整体结合良好,钛钢复合界面平整连续。但由于材料及工艺限制,钛钢复合板复合界面处易出现两种类型缺陷,这两种缺陷在钛钢复合板受力过程中均可作为裂纹源,对其界面的剪切和弯曲性能影响较大。

TA2/Co_(13)Cr_(28)Cu_(31)Ni_(28)/Q235脉冲TIG焊接头组织与性能

针对钢与钛之间因物化性能差异大,焊接过程易产生大量金属间化合物而难以实现可靠连接的问题,依据焊缝金属固溶高熵化思路,选用Co_(13)Cr_(28)Cu_(31)Ni_(28)高熵合金作为中间过渡层对TA2钛和Q235钢进行脉冲钨极氩弧焊,并对Co_(13)Cr_(28)Cu_(31)Ni_(28)高熵合金及接头的组织和性能进行分析研究.结果表明,Co_(13)Cr_(28)Cu_(31)Ni_(28)主要是双相面心立方结构,分别为富Cu的晶间和晶内面心立方结构,强度和塑性良好;焊接接头两部分焊缝均成形良好,无气孔、裂纹等缺陷,焊缝组织均为简单的固溶体结构,Q235侧焊缝主要为面心立方结构相,TA2侧焊缝主要由简单的体心立方结构和面心立方结构相构成,以体心立方结构相为主;焊接接头抗拉强度为224 MPa,在TA2侧靠近高熵合金的熔合线处断裂,主要由于生成了脆性的Cr_(3)O_(8),断口有较多韧窝和一部分解理面,为混合断裂,表现出一定的韧性断裂特征.

熔化块对TA1/Q235界面硬度的影响

对爆炸复合的TA1/Q235复合板界面硬度进行测试,发现复合板界面产生熔化块测得硬度值较未产生熔化块复合板的硬度值大,从而会影响对爆炸复合板界面硬度的正确判定;对界面熔化块进行扫描电镜观察和能谱分析,发现熔化块由Fe和Ti的化合物组成,是一种脆性相,会导致复合板界面硬度偏大,因此在测试界面硬度时,应避开熔化块,通过腐蚀基材可以明显区分熔化块、基材及复材,从而避开熔化块。

钛/钢复合板爆炸焊接试验及结合界面研究

为探讨造成钛/钢爆炸焊接复合板结合质量差、末端易出现不同程度开裂区域的原因,进行了钛/钢复合板的爆炸焊接试验,并对结合界面进行了光学金相分析(OM)、电镜扫描(SEM)及能谱线扫描(EDS)。结果表明,平行于结合界面的剪应力是结合界面的主要受力状态;复合板末端处平行于结合界面的剪应力过大、沿部分已焊接界面和Fe基体一侧撕裂,是造成复合板末端开裂的主要原因;优化装药工艺可减小结合界面脆性金属间化合物层的厚度、减缓末端的开裂程度,并显著提高焊接质量。

服役环境下TA2/Q235爆炸复合板剪切断口分形表征

为了定量研究服役条件下TA2/Q235爆炸焊接复合板剪切强度与断口分形维数及多重分形谱的关系,明确适合TA2/Q235复合板的最佳分形表征方法,通过热处理模拟服役过程,对服役后的样品开展剪切测试,并引入分形理论对剪切断口进行表征,建立了剪切强度与分形维数及多重分形谱的定量关系。结果表明,200、400和600℃服役后,样品剪切强度与断口多重分形谱宽度负相关;结合残余应力消除及再结晶长大对TA2/Q235爆炸复合板剪切断口形貌影响规律的分析,相比分形维数,多重分形谱能更准确地描述断口力学信息。