船用高强钢焊接技术的研究现状与展望

船用高强钢焊接技术是当下造船行业中的重要技术之一,高效、优质的船舶焊接技术已成为船舶工业制造产业长期战略的关键因素。从船用高强钢传统焊接技术、高效电弧焊接技术、高效新型焊接技术等方面介绍了船用高强钢焊接技术的研究现状,重点讨论了船用高强钢焊接技术的细分领域现状,分析了船用高强钢焊接技术的发展趋势。研究表明,船用钢板的板厚朝着厚板、大厚板方向发展,船用钢板的强度朝着高强度、超高强度方向发展,国内外船用高强钢焊接技术相差不大,高效混合焊接技术、高新焊接技术是未来船用高强钢焊接技术的研究热点。

窄间隙焊接侧壁熔合控制技术的研究现状

窄间隙焊接因采用窄且深的U型或者I型坡口,在焊接厚板时具有焊接效率高、焊接填充量少及焊接变形少等诸多优势,在大型厚壁高强钢结构制造领域具有很好的应用前景。由于窄间隙焊接中电弧与坡口侧壁几乎平行,造成电弧无法对侧壁直接加热,易出现侧壁未熔合缺陷,严重影响了大型高强钢结构的服役安全。通过对窄间隙焊接技术研究现状的分析整理,综述并比较常用的侧壁熔合控制技术与方案,分析了其优缺点。分析结果表明,目前已经开发了旋转电弧、双电弧、带状电极、复合热源及摆动电弧等多种侧壁熔合控制技术,在一定程度上解决了侧壁未熔合问题,并且在压力容器、厚壁管道等领域获得了应用。最后对该方向的研究进展进行了总结,并对其发展方向进行了展望。

TiAl多层膜焊接Cu-Al_2O_3异种材料接头性能研究

为探究热循环对陶瓷-铜接头性能的影响,采用Al-Ti纳米多层膜作为中间层材料焊接铜与陶瓷,并对接头进行分析。结果表明,接头力学性良好,整个焊接接头分为铜、扩散反应区、致密反应区以及陶瓷四个区域;经500次热循环试验后,连接区域面积缩小,扩散反应区出现空洞且整个接头扩散区变小,鱼骨状组织变粗大,剪切强度显著降低。

镍基高温合金TLP扩散焊中间层材料研究进展

针对镍基高温合金瞬时液相扩散焊,阐述了中间层材料的选择原则,并分类阐述了直接使用标准镍钎料和以母材成分为基的中间层材料研究现状。指出标准镍钎料的中间层材料受成分和焊接温度的限制,接头质量无法满足热端结构件的使用要求,而以母材成分为基的非晶箔状中间层材料可以得到同母材成分和组织均匀一致的接头,将在镍基高温合金瞬时液相扩散焊中得到更为广泛的应用。

30 mm厚钛合金TC4磁控电弧窄间隙TIG焊接接头组织及力学性能研究

对30 mm厚钛合金TC4板材进行磁控电弧窄间隙TIG焊接试验,并对其接头组织与力学性能进行检测分析,包括金相组织、拉伸强度、冲击韧性及显微硬度。通过优化焊接工艺试验,得到了外观成形美观、保护效果良好,未见宏观缺陷的窄间隙焊接接头。焊缝显微组织主要由片状α相、β相及细针状马氏体α'相组成。磁控电弧窄间隙TIG焊接中电弧在窄间隙坡口中进行周期性摆动,能够降低焊接热输入的同时保证侧壁充分熔合,得到的热影响区与常规TIG焊接方法相比要窄,宽度大约为1~2 mm。对接头进行拉伸试验,断裂位置均在焊缝处,断裂方式为韧性断裂,接头抗拉强度可达到母材的96%以上。接头热影响区硬度值最高,焊缝中心区显微硬度最低,整个接头的硬度峰值出现在热影响区的粗晶区,但未见明显的硬化及软化区域。

X65管线钢管闪光焊接接头组织及低温冲击韧性的研究

针对石油天然气输送常用的X65管线钢管进行闪光焊接工艺试验,测试了闪光焊接接头各区域的低温冲击韧性。采用光学金相显微镜、电子显微分析技术研究闪光焊接热循环对X65管线钢接头组织和韧性的影响。结果表明,X65管线钢管闪光焊接接头焊缝成形良好。焊态下,接头各区域的-40℃低温冲击功较低,焊缝区冲击功仅为11.6J,只有母材的27%。经过焊后热处理,接头的冲击韧性有所改善,焊缝冲击功可以达到母材的55%。接头焊缝组织为粗大块状铁素体、针状铁素体和层片状珠光体,热处理后晶粒细化。

2205双相不锈钢药芯双丝CMT焊接接头组织与性能研究

采用药芯双丝CMT焊接技术对5 mm厚的2205双相不锈钢进行焊接试验,对接头的显微组织和力学性能进行分析。结果表明:接头焊缝区可见三种不同形态的奥氏体相,且奥氏体的含量随着前丝电流的增大而增多。接头的硬度以焊缝为中心呈对称分布,其中热影响区的硬度都高于焊缝区和母材,且热影响区的硬度随着前丝电流的增大而降低。前丝电流为251 A时,接头抗拉强度为807 MPa,伸长率为27%,拉伸断裂位置在母材,拉伸断口可见均匀而细小的等轴状韧窝,为韧性断裂。

TIG-MIG复合焊接方法及工艺研究进展

综述TIG-MIG复合焊接方法的研究现状,介绍TIG-MIG复合旁路、TIG-MIG间接电弧、TIG-MIG双面双弧焊接的工艺特点,讨论目前TIG-MIG复合焊研究中遇到的问题和未来发展的潜在领域。TIG-MIG复合焊接是一种新型复合焊接方法,兼备了TIG焊高质量及MIG焊高效率的综合优势,其电弧耦合行为、熔滴过渡过程及热源特征为今后的研究热点,同时TIG-MIG复合焊接工艺可拓宽至异种金属焊接、窄间隙焊接等特殊领域。

金属熔丝增材制造技术的研究现状与展望

随着现代计算机技术的快速发展,增材制造技术在诸多工业领域得到了广泛应用,逐渐成为智能制造技术的典型代表。其中,金属熔丝增材制造由于其成形效率高、成本低、材料利用率高等优势,已逐渐成为国内外增材制造研究的热点。介绍了金属熔丝增材制造技术的分类、应用范围、各自的优缺点和研究现状,重点讨论电弧熔丝增材制造技术的细分领域现状及应用,分析金属熔丝增材制造技术的未来研究目标与发展趋势。

A7N01铝合金激光-MIG复合焊接焊缝成形与组织性能研究

为了研究工艺参量对激光-MIG复合焊接的焊缝成形和组织特征及性能的影响,针对6mm的A7N01铝合金板,采用不同的激光功率、焊接速率和坡口形式,进行了激光-MIG复合焊接试验,观察焊缝成形及接头微观组织,并对其性能进行测试。采用Y型30°坡口,在激光功率3.0kW、焊接速率1.0m/min的参量下进行激光-MIG复合焊接时,焊缝表面成形良好,底部成形连续;接头平均抗拉强度为271MPa,达到母材的60%;焊缝中心硬度为85.4HV,达到母材的78%。结果表明,随着激光功率的提高,焊缝熔深呈线性增大;焊接速率越大、焊缝熔宽和熔深越小,余高略有增加;焊接接头对不同坡口形式的适应性良好;接头中热影响区晶粒粗化,硬度降低,熔合区晶粒为树枝晶,易产生工艺类氢气孔,焊缝中心晶粒为等轴晶。该研究有利于获得成形良好的A7N01铝合金激光-MIG复合焊接头。

搅拌摩擦焊接装备及其过程控制研究进展

综述了搅拌摩擦焊接设备的发展现状,系统分析了这些设备的特点,并对搅拌摩擦焊接中位移控制、压力控制、焊缝跟踪等过程控制技术进行了概述。分析表明:搅拌摩擦焊接装备经历了铣床改装搅拌摩擦焊接设备、搅拌摩擦焊接专机、搅拌摩擦焊接机器人的发展过程;搅拌摩擦焊接机器人凭借高度柔韧性、多种模式过程控制、高度智能化的优势,将被广泛应用于多种工业制造领域,成为近期的研究热点;搅拌摩擦焊接过程控制技术目前主要侧重于压力监控、位移控制和焊缝跟踪,但是控制精度和稳定性均无法满足实际生产需求,因此高精度、高可靠性的多过程耦合控制技术是今后的重点研究内容。

2024铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头组织和性能研究

通过选用不同材质的搅拌头进行2024铝合金回填式搅拌摩擦点焊,并分析了不同工艺参数对接头宏观形貌以及微观组织的影响,得出H13钢搅拌头最适用于2024铝合金的回填式搅拌摩擦点焊。在有效工艺范围内,搅拌针转速越高,焊核区晶粒越细化;焊接时间变长,金属流动越充分,等轴晶粒得到细化;接头显微硬度以焊点为中心呈W形对称分布,焊点中心位置硬度相对均匀且较高。

6061-T6铝合金搅拌摩擦点焊接头微观组织与力学性能研究

对8 mm厚三层搭接结构的6061-T6铝合金进行搅拌摩擦点焊试验,并对对点焊接头的显微组织和力学性能进行研究。结果表明,接头微观形貌分为搅拌区、热力影响区、热影响区及母材区。当下压深度从7.0 mm增至8.2mm时,上层结合界面的完全结合区宽度从2.1 mm增至3.1 mm,下层结合界面的完全结合区宽度从2.0 mm增至3.0mm。接头硬度最低值在热影响区和热机影响区的交界处,搅拌区的平均硬度值随下压深度的增加而增大,最大值为73.4 HV。拉剪载荷与下压深度呈正相关的关系,随着下压深度从7.0 mm增至8.2 mm,拉剪载荷从8937 N增至16284N。在两个接合面处均发生断裂,断裂形式为剪切塞型混合断裂。

6063铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头组织性能研究

进行了3 mm厚6063-T4铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接。结果表明,当搅拌头转速为600 r/min,焊速在100~300 mm/min的范围内,可获得表面成形美观、内部无缺陷的优质接头。在接头搅拌区内,上、中、下各层硬度分布较为均匀,在热机影响区及热影响区内,上、下层硬度值高于中间层。热机影响区靠近搅拌区的位置以及热机影响区与热影响区的交界处为接头的两个薄弱位置。随着焊接速度的增加,接头各区域硬度值以及抗拉强度有着先增大后减小的趋势,所得最优接头抗拉强度为174 MPa,达到母材的87%,断裂位置位于热影响区。

Al2O3陶瓷/AlSiMg/1A95铝合金间接钎焊接头组织与性能的研究

采用Al-Si-Mg钎料制备了表面Mo-Mn化后镀Ni的Al2O3陶瓷与1A95铝合金真空钎焊接头,研究了钎焊温度和保温时间对钎焊接头组织和剪切性能的影响,并分析了接头的界面微观组织及断口形貌。研究表明,最佳钎焊工艺为580℃×20 min,接头的抗剪强度达到74 MPa,此时接头界面结构为Al2O3/Mo-Mn/Al3Ni/α-Al/1A95。随着钎焊温度的升高,界面处Al3Ni化合物厚度增加;随着保温时间的延长,界面处产生了Al12Mo化合物覆盖在Al3Ni化合物上方。接头的断裂形式均为脆性断裂:当钎焊温度较低保温时间较短时,断裂主要发生在靠近铝合金与钎料层的界面处。最佳工艺条件下,断裂一部分发生在钎料和镀镍层的反应区内,一部分发生在靠近铝合金与钎料层的界面处。随着钎焊温度或保温时间进一步提高,断裂主要发生在钎料和镀镍层的反应区内。

船用高强钢大线能量焊接接头组织性能研究

采用FCB大线能量焊接方法对30 mm厚EH36船用高强钢板进行焊接试验,研究了焊接接头的显微组织和力学性能。结果表明,线能量为161 kJ/cm时获得的接头成形良好,无气孔、夹杂等缺陷。焊缝组织主要为先共析铁素体与密布的针状铁素体。熔合区存在显著的组织不均匀性,粗晶区主要为片状与块状先共析铁素体,并可见少量黑色珠光体。细晶区主要为细小的白色铁素体与黑色珠光体,呈混杂分布。焊缝硬度值最高,而在热影响区出现了软化区。接头力学性能良好,接头熔合线附近冲击吸收功低于焊缝与母材的,接头抗拉强度均值为545 MPa,断口位置位于热影响区,为典型的韧性断裂。

铝钢多层多道耗材摩擦焊接头组织性能研究

采用耗材摩擦焊实现2A12铝合金在Q235低碳钢上的多层多道焊接。结果表明:耗材摩擦焊可以获得表面成形良好、无内部缺陷的多层多道焊接接头。在焊接热循环作用下,堆焊层组织中第二相颗粒发生了聚集长大且先堆焊层第二相颗粒聚集长大现象更明显;接头后堆焊层硬度高于先堆焊层硬度;接头剪切强度可达130.3 MPa,为2A12铝合金剪切强度的63%,接头断裂于堆焊层铝合金侧,断裂方式为韧性断裂。

不锈钢与铝炉中钎焊保护气体选择的研究

通过对钎焊过程中金属氧化物稳定性及其还原机理的分析,表明在炉中钎焊异种金属不锈钢与铝的过程中,选择合适的保护气氛有利于获得稳定的焊接质量。选择还原气体氨分解气(或氢气)作保护气氛,有助于钎焊过程顺利进行,但使用时存在安全问题。炉中钎焊不锈钢与铝使用钎剂时,无论采用氨分解气还是惰性气体纯氮气作保护气氛,对焊接质量几乎无影响,钎焊样品的焊缝强度均可达 65MPa。选择惰性气体氮气作保护气氛,可极大地提高钎焊过程的安全性,并降低成本。

铝合金激光-MIG双面焊接接头组织和性能研究

针对16mm厚1561铝合金(俄罗斯牌号),采用不开坡口无间隙的双面激光-MIG复合焊接工艺,并研究焊接接头的拉伸性能、显微硬度和微观组织。结果表明,采用较大的激光功率使双面焊道交叉面积增大,有利于减少焊道根部缺陷,提高拉伸性能;接头中存在着基体相α-Al和第二相Fe(Mn Al)6,第二相经焊接热循环重熔后弥散分布,其中单独激光作用区弥散度最高;焊缝硬度在激光单独作用区相对于母材升高,而在激光-电弧复合作用区相对于母材降低,这与焊缝显微组织中的第二相数量和形态密切相关。

2205双相不锈钢双丝CMT焊接工艺与焊缝组织特征研究

在5 mm厚度的2205双相不锈钢板上,采用药芯焊丝双丝CMT焊接技术进行堆焊试验,对不同工艺参数下的焊缝形貌进行分析。在堆焊的工艺基础上选取前丝脉冲电流271 A,后丝冷金属过渡复合脉冲电流200 A的焊接参数进行45°和60°坡口对接焊。结果表明:堆焊焊缝的熔宽随着前丝电流的增大变化明显,而熔深和余高则变化不大,热影响区的硬度高于母材和焊缝区的。对接焊接头焊缝区可见三种不同形态的奥氏体相,其中奥氏体体含量在40%〜60%,满足焊接要求。从显微组织可看出60°坡口较45°坡口焊缝晶粒尺寸均匀细小。