奥氏体不锈钢激光焊接过程中残留液体金属的在线观察

激光焊接时较快的冷却速度,有可能促进凝固热裂纹的生成,而凝固热裂纹的生成与凝固温度区间内的残留液体金属行为直接相关.采用由高速摄像机和光学显微镜头组成的摄像装置,针对SUS304,SUS316,SUS310S等3种奥氏体不锈钢激光焊接熔池后端残留液体金属的凝固行为进行高速高倍在线观察,对不同焊接速度下的熔池凝固行为进行了分析,并对3种材料凝固前沿残留液体金属的存在范围进行了量化比较.结果表明,在线观察法可辨别的残留液体金属是固液相共存区间的一部分,在线观察得到的残留液体金属的存在范围与热裂纹试验获得的热裂纹敏感性有较好的对应关系.

环形结构激光焊接凝固热裂纹的实验研究和数值模拟

以激光焊接平面环形结构时,在首尾段重叠焊接部分发生的凝固热裂纹为例,采用实验和数值模拟相结合的手段,从冶金和力学2个方面综合研究了环形焊缝凝固热裂纹的发生机理.对凝固热裂纹附近的微观组织进行观察,并用电子背散射衍射对裂纹附近晶粒尺寸进行测量,发现重叠焊缝中心部位晶粒粗大,而粗大晶粒导致焊缝金属凝固时韧性下降.利用有限元数值模拟对平面环形结构激光焊接过程的温度场和应变场进行计算,与单道焊接相比,重叠焊接的焊缝金属在凝固温度区间内冷却速率较低,应变随温度的变化速率较低,产生热裂纹的力学驱动力相应较弱.因此,重叠焊接部分晶粒粗大化导致的低韧性是平面环形激光焊缝凝固热裂纹发生的主要原因.

激光焊接过程中残留液体金属的高速高倍在线观察

采用高速摄像机和光学显微镜构成的摄像装置对激光焊接熔池后端的凝固行为进行高速高倍摄像,详细记录了柱状晶从液态熔池后部析出过程以及残留在已析出柱状晶周围的液体金属的凝固行为.采用液体Sn急冷将焊接过程中正在凝固的焊缝金属冷冻保存到室温,并与高速高倍摄像观察到的熔池后端的凝固行为进行了对比分析.对3种奥氏体不锈钢材料焊缝凝固过程中残留液体金属的存在范围进行了观察和比较.在线观察到的残留液体金属是焊缝金属凝固过程中固/液相共存区间的初始部分,即与熔池相连的较多的液体金属.针对3种不锈钢材料在线观察到的残留液体金属的存在范围与热裂纹实验获得的热裂纹敏感性有较好的对应关系,为发展一种通过在线观察判断材料凝固热裂纹敏感性的方法提供了实验依据.