低镍不锈钢激光-电弧复合焊接头组织性能研究

低镍含氮奥氏体不锈钢强度高,韧性佳,在化工装备及建筑装饰等领域广泛应用。为揭示保护气体对低镍含氮奥氏体不锈钢焊接接头微观组织和力学性能的影响机制,分别采用92%Ar+8%N2与95%Ar+5%CO2两种混合比例的保护气体对08Cr19Mn6Ni3Cu2N低镍含氮奥氏体不锈钢进行了激光-MAG电弧复合焊。研究表明：氮气的加入使焊接接头平均显微硬度有所下降;电弧收缩明显,焊接飞溅增加且体积增大,电弧稳定性变差;焊缝中奥氏体含量增加约20%,而铁素体枝晶变细,二次枝晶臂变短。焊缝组织中未发现σ相及氮化物析出;从四个晶面观察奥氏体晶粒尺寸也是由于氮气的加入而减小;焊接接头拉伸性能略微下降,但耐腐蚀性能提高。     

保护气体中氮气比例对高氮钢双面同轴TIG焊接工艺性的影响

针对高氮低镍奥氏体不锈钢开展了双面同轴TIG自熔焊试验，分析了保护气体成分对电弧电压、电弧形态、钨极形貌、焊缝气孔与含氮量的影响规律. 结果表明，随着保护气体中氮气比例的提高，平均弧压以三次函数的速度增大，波动程度亦随之呈增大趋势；氮气的加入导致电弧显著收缩，焊后钨极表面覆盖棕褐色氮化钨薄层，同时焊接飞溅增大，电弧出现周期性“尾焰反射”现象，焊接稳定性随氮气比例提高而变差；随保护气体中氮气比例的提高，焊缝气孔数量和最大气孔尺寸同时增加，焊缝含氮量先增大后趋于稳定；为了降低焊接不稳定和焊缝气孔的不利影响，保护气体中氮气的比例应低于20%.     

高铬镍奥氏体焊丝Ar/He/CO2保护脉冲GMAW电弧形态与熔滴过渡

为解决高强度Cr-Ni奥氏体焊丝脉冲GMAW电弧挺度不足,熔滴过渡不稳定的问题,文中采用高速摄像手段对Ar/He/CO₂不同组合气体保护下的脉冲GMAW电弧形态与熔滴过渡进行了对比研究,以期优化混合气体成分.结果表明,氩气弧熔滴过渡容易,但电弧漂移、挺度差;氦气和CO₂气体的加入可提高电弧挺度、增大电弧能量、熔滴过渡变为1脉多滴,先一个大滴,接着几个小滴;氦气的比例越大,第一个熔滴的尺寸越大;CO₂气体可克服阴极斑点漂移,但比例不能超过5%;40% Ar+58% He+2% CO₂三元组合的电弧挺度大,熔滴过渡均匀平稳,是奥氏体焊丝脉冲GMAW厚板焊接较理想的混合气体组分.     

基于光谱诊断的氩氮TIG焊电弧物理特性分析

混合气体保护焊能够提高焊接质量及生产效率，由于混合气体保护焊电弧成分复杂多变，对其物理性能等的研究具有一定的难度. 文中以氩氮混合气体钨极惰性气体保护焊（TIG焊）电弧为研究对象，采用双电荷耦合元件（CCD）电弧光谱图像采集试验系统，获取氩氮混合气体TIG焊电弧Ar I及N I的特征谱图像的动态分布；结合双元素双组分标准温度法对不同浓度（50%Ar + 50%N₂，80%Ar + 20%N₂及100%Ar）的氩氮电弧进行光谱诊断. 结果表明，电弧半径最高收缩50%左右，温度最高升高12%. 通过对氩氮电弧物理性能的定量分析为研究混合气体保护焊焊缝成形的本质奠定了理论基础.     

微量CO2对MGH956合金超声电弧TIG焊的影响

对MGH956合金进行超声电弧TIG焊接,在纯氩气保护中添加一定比例的CO₂,通过对比在保护气体中添加0.5%的CO₂前后焊缝组织和接头性能的变化,分析了在超声电弧的基础上微量CO₂对焊缝组织及接头性能的作用机制及影响规律.结果表明,施加超声电弧后,焊缝晶粒变小,气孔变少,焊缝的抗拉强度有所提高;在施加超声电弧的基础上,在纯氩气中加入0.5%的CO₂,焊缝中心晶粒呈细小等轴晶,且分布均匀,接头的抗拉强度明显提高,并实现了接头断裂方式由脆性断裂转化为韧性断裂.此外在纯氩气中加入0.5%的CO₂后,焊缝的硬度增加,接头的综合性能得到了提高.     

双TIG活性电弧焊接工艺

提出双TIG活性电弧焊接方法,采用2支TIG焊枪前后排布,前置焊枪的焊接电流小于后置焊枪,且在前置焊枪保护气中混入少量O2,使电弧具有活性。对5 mm厚SUS304奥氏体不锈钢板进行焊接工艺试验。结果表明,与相同条件下的TIG焊接相比,双TIG活性电弧焊接焊缝熔深明显增加,焊缝表面成形良好;随着O2流量的增加,焊缝熔深先增加后减小,焊缝熔宽先减小后增加;在保持总电流不变的情形下,随着后置焊枪电流增加(前置焊枪电流减小),焊缝熔深先增加后减小,焊缝熔宽持续增加;随着弧长的增加,焊缝熔深先增加后减小,焊缝熔宽逐渐增加;当钨极间距从3 mm开始增加时,焊缝熔深逐渐减小,熔宽逐渐增加;而随着焊接速度的增加,焊缝熔深和熔宽都减小。O的混入对焊缝组织无明显影响。相比母材而言,焊缝冲击韧性有所下降。该方法能在高于普通TIG焊接速度的条件下实现深熔焊接。 创新点： 提出双TIG活性电弧焊接,2支独立的焊枪在焊接方向的平面内前后排布,前置焊枪焊接电流小于后置焊枪,前置焊枪采用Ar+O2作为保护气体,后置焊枪采用纯Ar作为保护气体,从而使电弧具有活性;在高于传统TIG的焊接速度下,焊缝熔深明显增加,可实现5 mm 厚的不锈钢板完全焊透。 高速焊接时能消除驼峰和咬边等缺陷,明显提高焊接生产率。     

不同保护气体对无磁钢20Mn23AlV焊接接头组织及力学性能的影响

采用φ(Ar)97%+φ(CO₂)3%和φ(Ar)97.5%+φ(CO₂)2.5%两种保护气体对厚12 mm的20Mn23AlV无磁钢板进行焊接,对比不同保护气体下20Mn23AlV无磁钢焊接接头的显微组织及力学性能。结果表明:采用φ(Ar)97.5%+φ(CO₂)2.5%保护气体焊接的试板焊缝表面成形更优,焊缝内部气孔少;两种保护气体下的焊接接头都具有良好的塑性、韧性及抗拉强度,φ(Ar)97.5%+φ(CO₂)2.5%保护气体下的接头的抗拉强度略大,焊缝组织为白色的奥氏体基体+δ铁素体。综合来看,采用φ(Ar)97.5%+φ(CO₂)2.5%保护气体更为合理,满足无磁钢焊接生产要求。     

添加N2保护对CMT-P复合电弧焊接头组织与性能的影响

以UNS S32750超级双相不锈钢为研究对象,采用冷金属过渡脉冲(cold metal transfer pulse,CMT-P)复合电弧焊接技术,运用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪和电子探针组织表征手段以及显微硬度和低温冲击韧性性能测试方法,对比研究了纯Ar和Ar+2%N₂气体保护对焊接接头的微观组织、硬度和低温韧性的影响规律.结果表明,与纯Ar保护气相比,添加2%N₂保护的焊接过程飞溅较少,焊缝平整笔直,鱼鳞纹更加细致紧密.此外,热影响区主要由过量的铁素体和少量的奥氏体组成,并伴随有害的Cr₂N析出.因此,与CMT-P复合电弧焊接头的其它区域相比,热影响区的硬度较高和韧性较低.添加2%N₂气体保护增加了焊缝和热影响区奥氏体含量和N原子在铁素体与奥氏体内的固溶量,从而提高了接头各区域的低温韧性.     

微量氮对5086铝合金MIG焊接性能的影响

文中采用纯Ar,75% Ar+25% He,Ar+N₂三种保护气体对5086铝合金进行了MIG焊接,研究保护气体对5086铝合金焊缝熔深以及对接接头力学性能的影响,通过焊接过程高速摄像、XRD试验,探讨保护气体对5086铝合金焊缝熔深影响的机理.结果表明,纯氩气相比,氩气中加入微量氮气显著增加焊缝熔深进而提高铝合金MIG焊的焊接效率,同时其焊缝质量及力学性能未受影响.其原因为:氮化铝的出现将阴极斑点固定在氮化铝出现较多的焊缝区域,使电弧阴极区相对稳定集中,增加电弧能量密度;氮化铝可以抑制阴极区金属铝蒸汽所带走的阴极区能量损失.     

氮气辅助316L不锈钢激光-MIG复合焊接组织与耐蚀性能

为了提高纯氩气下MIG焊接316L不锈钢的稳定性、改善焊缝组织以及强化耐腐蚀性能,引入1 200 W小功率激光对MIG电弧进行诱导压缩,同时在氩气中混入氮气,探索不同流量比的Ar-N₂混合气体对焊缝微观组织及其耐腐蚀性能的影响. 结果表明,激光的诱导作用能够收缩并稳定MIG电弧,随着氮气流量的增加,焊缝的熔合线逐渐平缓,内部气孔缺陷明显降低;XRD测试和显微组织分析发现,渗氮后的焊缝内部γ相含量明显增多,中下部区域均为细小均匀的γ胞状晶,中上部区域为γ树枝晶,并且一次枝晶间距逐渐减小. 当氮气流量增加到5 L/min,焊缝的显微硬度可综合提升20 HV;电化学极化测试发现,渗氮之后的焊缝表现出更强的耐腐蚀性能. 试验证实,氮气辅助激光-MIG复合焊接工艺能够改善316L不锈钢焊缝的显微组织和耐腐蚀性能,当Ar∶N₂气体流量比为20∶5时,γ相的强化效果最显著,综合耐腐蚀性能最好.     

Effects of shielding gas composition on arc characteristics and droplet transfer in tandem narrow gap GMA welding

The effects of shielding gas composition in tandem narrow gap gas metal arc welding were studied. The shielding gas included argon, carbon dioxide and helium. The arc characteristics and droplet transfer process were analysed. The results show that in the same welding parameters, the trail wire welding current is higher than the lead wire welding current. With the increase of carbon dioxide content, the welding currents of two wires decrease, and the trail wire droplet transfer mode transforms from spray transfer to projected transfer. With the increase of helium content, the welding currents increase and the lead wire droplet transfer mode transforms from projected transfer to spray transfer. The weld width is the largest when the shielding gas mixture is 80%Ar10%CO₂10%He.     

Arc ignitability,bead protection and weld shape variations for He–Ar–O2 shielded GTA welding on SUS304 stainless steel

The influences of argon and oxygen in helium base shielded GTA welding on the arc ignitability, bead protection and weld penetration are systematically investigated by bead-on-plate welding on SUS304 stainless steel. Experimental results show that the critical electrode tip work distance for arc ignition is increased from 1 mm under pure He shielding to 5 mm under He–50%Ar shielding. Small addition of oxygen content to the He–Ar mixed shielding can significantly change the weld shape from a wide shallow type to a narrow deep one, and the weld depth/width ratio can be doubled due to the change in the Marangoni convection from an outward to an inward direction.     

Optimization procedures for GMAW of bimetal pipes

Autogenous gas tungsten arc welding (GTAW) and pulse rapid arc gas metal arc welding (GMAW) of butting bimetal (Bubi) pipelines were studied. GMAW was carried out from the outside of the pipe while GTAW was done from the inside to prevent lack of penetration and to promote a smooth internal weld bead surface. Current, welding speed, electrode diameter, shielding gas and orbital positions were defined as variables. The requirement for the GTA weld was to achieve 2 mm penetration depth without undercutting. The required penetration was difficult to achieve due to the outwards flow pattern in the molten pool driven by the Marangoni effect as a result of low sulphur content. It was shown that, under optimised conditions, it was possible to obtain sound welds with proper geometry and defect free. The conditions needed were a combination of current of 170 A, welding speed of 200 mm/min and an electrode angle of 30°, with shielding gas protection of He-25%Ar for narrow groove welding of a J-beveled pipe.     

不锈钢电弧辅助活性TIG焊

针对不锈钢,提出了一种新型活性YIG焊方法--电弧辅助活性TIG焊,即AA-TIG焊(arc assisted activating TIG welding).该焊接方法通过在正常TIG焊前以活性混合气体作为保护气体,采用小电流钨极电弧预熔待焊焊道表面,可使熔深显著增加,焊接效率大大提高,而且具有可全自动化焊接和工艺可重复性好等优点.分别采用O2+Ar,CO2+Ar,空气作为小电流钨极电弧的保护气体进行了单弧AA-TIG焊.与传统TIG焊比较,发现O2+Ar,CO2+Ar和空气都可显著增加熔深,减小熔宽,焊缝表面成形良好.采用CO2+Ar作为活性混合保护气体进行双弧AA-TIG焊,焊缝成形良好,熔深显著增加.熔深随着焊枪间距减小而增大.     

保护气体对激光+双丝MAG复合焊焊缝形貌和电弧特性的影响

在激光+单电弧复合焊工艺的基础上,通过再添加一个电弧的方式,形成激光+双丝脉冲MAG复合焊工艺。研究了保护气体为φ(Ar)80%+φ(CO2)20%(情况A)和φ(Ar)40%+φ(CO2)10%+φ(He)50%(情况B)时对激光+双丝MAG复合焊焊缝表面成形和电弧特性的影响。利用LabVIEW信号采集系统和高速摄像系统同步采集焊接电流、电弧电压波形和电弧形态。结果表明,在焊缝表面和焊道两侧边缘处,肉眼可见斑点状、不连续的氧化物,情况A与情况B相比,情况A氧化物含量高,熔宽小;而情况B焊道平整,鱼鳞纹清晰。情况A中由于CO2含量较高,使其对电弧的冷却作用增强,减弱了激光对电弧的稳定作用,断弧次数比情况B多。     

水下高压干式环境下压力及焊接参数对GMAW焊缝成形的影响

开展水下高压干法焊接试验研究,在焊接过程相对稳定的情况下,以环境压力、焊接电流、保护气成分、焊丝伸出长度为变量,探索其对于焊缝截面成形的影响规律. 采用正交试验方法,通过试验确定了焊缝熔深、熔宽及余高随上述变量的变化规律. 结果表明,随着环境压力增大,焊接飞溅增多,熔深增加,熔宽减小,余高增高;高压环境下,随着焊接电流增大,熔宽没有明显变化,熔深增加,余高略有增加;随着保护气中CO₂比例的增加,熔深减小,熔宽增加,余高变化不明显;随着焊丝伸出长度增加,熔深减小,熔宽增加,余高增加.