12 mm厚TC4钛合金激光-MIG复合焊接头组织与性能研究

目的 探究TC4激光-MIG复合焊接头显微组织与基本力学性能之间的联系,分析接头不同区域的断裂行为。方法 利用激光-MIG复合焊制备TC4钛合金对接接头,采用光学显微镜和扫描电镜观察接头焊缝区、热影响区及母材的显微组织,在室温下进行了显微硬度测试、拉伸性能测试与断裂韧性测试,并对试样断口进行了观察分析。结果 接头的焊缝区组织为粗大的β相柱状晶,晶内纵横分布着αʹ针状马氏体和针状α相,靠近焊缝一侧的热影响区则由针状αʹ相、α集束与少量细小的块状α相构成。随着远离焊缝中心,母材侧热影响区组织转变为块状的α相、少量α集束及初生β相,并最终趋于与母材组织相似。热影响区的显微硬度值达到最大,这是因为该区域存在比焊缝区更为细小的针状αʹ相。接头的平均抗拉强度和断后伸长率分别为1 020.22 MPa和7.38%。接头在拉伸时主要在焊缝区发生断裂。焊缝区展现出比母材区和热影响区更优异的断裂韧性,平均值为87.14 MPa.m^1/2,焊缝区内纵横交错的网篮组织与集束是其断裂韧性较高的主要原因。结论 在TC4钛合金的激光-MIG复合焊过程中,针状α相和αʹ马氏体的存在会提高焊缝的显微硬度和断裂韧性,但相较于母材塑性没有提升,通过调控焊缝区显微组织结构,可以获得所需性能的接头。     

Al-Mg合金电子束填丝焊接头的显微组织与力学性能

采用ER5183焊丝作为填充材料,对厚度为2 mm的Al-Mg合金进行真空电子束填丝焊接,并对焊接接头的微观组织及力学性能进行分析测试。结果表明,在合适的焊接工艺条件下,获得的Al-Mg合金接头焊缝成形良好。微观分析显示,接头熔合区为柱状晶和等轴状枝晶组织,主要由α(Al)基体相和β(Al₃Mg₂)强化相组成,焊缝中存在大量的缠结位错和第二相粒子。力学性能测试表明,与母材区的硬度相比,接头熔合区的硬度有所降低。在最佳工艺条件下获得接头的抗拉强度为311.2 MPa,达母材抗拉强度的96.9%。接头拉伸断口表面分布的韧窝数量较多,呈明显的韧性断裂特征。      

超窄间隙激光焊接TC4钛合金接头组织及性能研究

以TA2为焊丝,采用超窄间隙激光焊接方法焊接了10 mm的TC4钛合金板,间隙为2 mm。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和拉伸试验机分析了TC4钛合金接头的组织与性能。结果表明,选取合适的工艺可以实现TC4钛合金超窄间隙激光填丝焊接,获得无缺陷的焊接接头。接头由母材、热影响区、熔合区、焊缝组成,界线清晰。其中热影响区为网篮状组织,焊缝由大β晶粒组成,大晶粒内部为杂乱的α+α′相针状组织,热影响区晶粒明显细化。由于超窄间隙的啮合效应,接头最大抗拉强度为893 MPa,达到母材的84.7%,断裂位置在焊缝中心。焊缝区和热影响区的显微硬度高于母材,且在热影响区的显微硬度最大,接头整体显微硬度呈马鞍状分布。     

深潜器用Ti80厚板电子束焊接接头组织性能研究

采用电子束焊接方法焊接深潜器用56 mm厚Ti80合金,并对焊接接头的组织结构和力学性能进行研究。结果表明,焊接接头成形良好,无缺陷;焊缝组织为马氏体α相和残余β相组成的网篮组织;熔合区界线明显,过热区十分窄;热影响区组织由初生α相、马氏体α相和β相组成;焊接接头各区域显微硬度值分布不均匀,由焊缝至母材显微硬度值逐渐下降;拉伸断裂发生在远离焊缝的母材处,接头抗拉强度为935.3 MPa,大于原始母材的911.8 MPa;焊缝冲击吸收功为36.3 J,由焊缝至母材冲击吸收功值逐渐增大,接头各区域冲击断裂方式均为韧性断裂。     

铝合金搅拌摩擦对接焊接头组织与性能研究

研究了5083铝合金搅拌摩擦焊(FSW)焊接接头组织与性能,采用金相显微镜观察焊接接头各区域的微观组织,并对接头显微硬度和力学性能进行了测定。结果表明,5083铝合金搅拌摩擦焊焊核组织为动态再结晶生成的细小组织,强化相均匀分布;热机影响区由于动态再结晶和焊接热循环的双重作用,组织变化较大,晶粒有一定程度的长大,强化相有所细化;热影响区仅仅受到热循环作用,使得晶粒粗化和强化相出现聚集现象。搅拌摩擦焊接接头中心硬度与母材基本相当,热机影响区和热影响区由于焊接热输入的原因,使得硬度有所降低。搅拌摩擦焊室温拉伸性能和冲击性能不低于母材的,其中拉伸试样均断裂于母材,焊核室温冲击值达到母材的1.5倍以上,热影响区冲击值与母材的相当。     

2024-T4铝合金光纤激光填丝焊缝成形与组织性能的相关性

2024-T4铝合金光纤激光填丝焊缝横截面分为钉头形和近X形2种典型形貌,对比分析了该2种形貌的焊缝成形与组织形态、显微硬度和接头拉伸性能的相关性。结果表明:近X形横截面的焊缝在焊接过程中更加平稳,焊接飞溅更少。焊缝区的组织特征为垂直于熔合线相对生长的柱状晶组织和焊缝中心的等轴晶组织。钉头形焊缝中心晶粒的二次枝晶较发达,逐渐形成等轴树枝晶,而近X形焊缝中心晶粒相对细小,呈现为等轴胞状晶。与钉头形横截面的接头相比,近X形横截面的接头焊缝区析出的强化相θ(Al2Cu)相对较多,平均显微硬度值略高,热影响区的软化现象逐渐减弱,接头强度和塑性略低。     

铝合金6082和5083 MIG焊接头的微观组织和性能

对高速列车车体常用铝合金6082与5083板材进行熔化极氩弧焊(MIG)对接,利用光学显微镜和扫描电镜分析异种材料焊接接头的显微组织特点,利用显微硬度计、拉伸试验机和电化学工作站对接头的力学性能和耐腐蚀性能进行测试和分析。研究结果表明,焊缝成型良好,焊缝区由细小的胞状树枝晶和等轴晶构成,熔合线附近为粗大的柱状晶;焊接接头抗拉强度为199.92 MPa,断后伸长率为5.18%,断裂位置在铝合金6082的焊接热影响区(HAZ),为韧性断裂,接头的正弯性能较差,背弯性能良好;铝合金5083侧的热影响区宽为4mm,6082侧的热影响区宽为15mm,接头两侧的硬度分布有明显差别,在6082侧距焊缝中心12.5mm的显微硬度最低为63HV;6082-5083异种铝合金焊缝的耐蚀性能优于母材5083,但比母材6082差。     

船用TA5钛合金激光焊接接头组织和性能研究

采用IPG光纤激光器对8 mm厚的TA5钛合金进行激光自熔焊接,并对焊接接头的微观组织和力学性能进行分析。结果表明,激光焊接接头表面成形连续、均匀、无飞溅,内部无气孔和裂纹等缺陷。母材组织为细小均匀的等轴α相;焊缝区组织主要由粗大的β柱状晶粒、大量的针状马氏体α'以及少量的板条马氏体组成;热影响区组织主要由等轴α相、少量的针状马氏体α'和少量的残余β组成;在熔合线的边界,柱状晶粒与等轴晶粒联生结晶、外延生长,保证了焊接接头的稳定连接。焊接接头各区域的显微硬度差异较大,最高硬度出现在熔合线附近,焊缝区和热影响区的显微硬度明显高于母材的。对拉伸断裂部位进行观察,拉伸断裂发生在远离焊缝的母材处,这说明激光焊接接头的抗拉强度与母材等强或者略高于母材的,这与大量针状马氏体形成的网篮组织有直接的关系。      

钛合金激光焊及其接头的显微组织与力学性能

采用光纤激光器对3.5 mm厚TC4合金板材进行焊接,并对焊接接头的显微组织与力学性能进行分析测试,确定了试验条件下的最佳激光焊参数。结果表明,焊缝熔合区组织主要为针状α′马氏体及少量β相,热影响区由α相及少量α′马氏体组成;接头区域的显微硬度在熔合区变化平缓,而热影响区的硬度下降明显。在激光功率为4.0 kW、焊接速度为3.0 m/min时,获得接头的力学性能最佳,焊缝强度与母材本身的强度接近。接头拉伸断口表面存在大量韧窝,呈明显的韧性断裂特征。     

不锈钢激光-MAG复合焊接头微区性能研究

激光复合焊可用于不锈钢焊接,但激光复合焊接头热影响区小,组织变化梯度大.研究接头微区性能可以确定接头薄弱环节,为焊接接头的工艺评定和断裂分析提供理论依据.为此,本文对4 mm厚SUS301L-HT不锈钢进行激光-MAG复合焊接,采用维氏硬度、微型剪切和微拉伸等试验,研究了焊接接头焊缝、热影响区及母材的微区力学性能,并结合金相、断口扫描等分析了各微区力学性能的差异.结果表明：焊缝区域组织主要为柱状奥氏体树枝晶+少量的δ铁素体;母材的剪切强度和抗拉强度最高,分别为560和1 066 MPa,其次为复合焊接头热影响区,焊缝区域最差,接头硬度分布规律与各微区强度变化趋势一致;运用数学方法,得出了接头微拉伸强度与微型剪切强度、硬度之间关系的经验公式.接头各微区剪切断口和拉伸断口SEM分析呈现典型的韧性断裂特征.     

Microstructure and mechanical properties of a new Al–Zn–Mg–Cu alloy joints welded by laser beam

A new type of Al–Zn–Mg–Cu alloy sheets with T6 temper were welded by laser beam welding (LBW). Microstructure characteristics and mechanical properties of the joints were evaluated. Results show that grains in the heat affected zone (HAZ) exhibit an elongated shape which is almost same as the base metal (BM). A non-dendritic equiaxed grain zone (EQZ) appears along the fusion line in the fusion zone (FZ), and grains here do not appear to nucleate epitaxially from the HAZ substrate. The FZ is mainly made up of dendritic equiaxed grains whose boundaries are decorated with continuous particles, identified as the T (AlZnMgCu) phase. Obvious softening occurs in FZ and HAZ, which mainly due to the changes of nanometric precipitates. The precipitates in BM are mainly η′, while plenty of GPI zones exist in FZ and HAZ adjacent to FZ, in the HAZ farther away from FZ, η phase appears. The minimum microhardness of the joint is always obtained in FZ at different times after welding. The ultimate tensile strength of the joint is 471.1 MPa which is 69.7% of that of the BM. Samples of the tensile tests always fracture at the FZ.     

汽车高强钢SG1000激光复合焊接力学性能研究

目的 针对汽车高强钢SG1000焊接接头恶化等问题,研究了SG1000激光复合焊接的力学性能。方法 选用等强匹配焊丝MG90-G对高强钢SG1000进行激光复合焊接,对焊接接头进行拉伸和低温冲击韧性试验,并结合扫描和硬度监测等手段对焊缝组织和断口形貌进行分析。结果 由于激光的预热作用,高强钢SG1000激光复合焊接成形件的焊缝美观,焊接过程稳定可靠,焊接熔池深度较大,有效改善了传统焊接的咬边、飞溅、气孔等缺陷。焊缝组织主要由板条马氏体和奥氏体晶粒组成,热影响区的过热区内部板条马氏体和奥氏体晶粒比较粗大,而焊接母材主要为细小的板条马氏体和奥氏体晶粒。焊接拉伸断口主要为细小且较浅的韧窝,且韧窝底部存在第二相粒子及夹杂物,焊接拉伸断口断裂于热影响区且微观形貌为韧性断裂;冲击微观形貌主要由准解理小平面及河流花样组成,且存在一定数量大小不一的韧窝交错分布,焊接冲击断口断裂于热影响区且微观形貌也为韧性断裂。结论 焊缝热影响区的晶粒比非热影响区的晶粒粗大,拉伸和冲击断裂均发生于热影响区;随着激光功率的增大,复合焊接接头的力学性能呈现逐渐增强的趋势;随着焊接速度的增大,复合焊接接头的力学性能呈现先增强后削弱的趋势。高强钢SG1000激光复合焊接最佳工艺参数如下:激光功率为9.5 kW,焊接速度为0.8 m/min,对应屈服强度为1 072 MPa,抗拉强度为1 175 MPa,断裂伸长率为13.5%,冲击断裂吸收的能量为30.8 J、焊缝中心显微硬度为342 HV。     

Effect of electron beam welding on the microstructures and mechanical properties of thick TC4-DT alloy

Electron beam welding (EBW) was applied to 50 mm thick damage-tolerant Ti–6Al–4V (TC4-DT) alloy, and microstructure, microhardness and tensile properties of the defect-free welded joints were examined. The results indicated that the microstructure of the base metal is composed of primary α phases and the lamellar (α + β) bimodal structure. For the EBW joint, martensite basketweave microstructure is formed in fusion zone (FZ). Moreover, the heat affected zone (HAZ) near FZ consists of acicular martensite and a small portion of primary α phase. The HAZ near base metal consists of primary α phase and transformed β containing aciculate α. It is found that the boundary of the two portions of the HAZ was dependent on the β phase transus temperature during weld cooling. Microhardness values for FZ and HAZ are higher than that of base metal, and there are the peak values for the HAZ near the weld metal. The fracture locations of all the EBW tensile specimens are in base metal, and the ultimate tensile strength of the joints may reach about 95% of the base metal. In addition, with the depth increasing along the weld thick direction, the grain size of the FZ decreases and microhardness increases.     

Microstructure and Mechanical Properties of Fiber Laser Welded GH3535 Superalloy

As a primary material of the thorium molten salt reactor(TMSR) that is a suitable candidate reactor of the Generation IV nuclear reactors, GH3535 superalloy was successfully welded. The effect of laser beam welding(LBW) on microstructure evolution of fusion zone(FZ) and heat affected zone(HAZ), such as element segregation, precipitate behavior and grain evolution, was investigated. The microhardness and tensile properties were tested and discussed. The results of microstructure evolution showed that a number of fine M_6C-y eutectic phases precipitated at solidification grain boundaries and interdendritic region in FZ. Compared to base metal zone(BMZ), the grain size of HAZ has no obvious change. While a few of M_6C-y eutectic phases were observed in partially melted zone(PMZ) of HAZ. The results of microhardness indicated that the hardness of FZ was higher than that of HAZ and BMZ. The results of tensile test showed that the ultimate tensile strength of joints at room temperature, 650 and 700?C were98%, 97% and 99% of that of BM, respectively. All the tensile specimens of joints failed in BMZ rather than in PMZ where M6 C carbides had been transformed into M_6C-y eutectic phases.     

异种高熵合金CuCoCrFeNi和AlCoCrFeNi的激光焊接头组织和性能研究

为开展异种高熵合金激光焊接性研究,采用光纤激光对1.2 mm厚的异种高熵合金CuCoCrFeNi和AlCoCrFeNi实施了对接焊试验,利用金相观察、EDS、XRD和显微硬度计等方法对接头组织和性能进行测试.研究表明:在经历焊接热循环后,HAZ的金相组织没有发生明显变化;在FZ附近发现两种不同类型的显微组织(柱状晶和胞状晶),WM中心区由等轴晶组成;WM区内各元素均匀分布,FZ附近区域焊缝晶界处存在Cu、Al元素的偏聚,与母材相比,该偏聚现象明显减弱;焊缝横截面的显微硬度略高于CuCoCrFeNi合金,远低于AlCoCrFeNi合金;异种接头拉伸试样断裂位置发生在AlCoCrFeNi合金母材处,接头的抗拉强度σb为166 MPa,断口形式为解理断裂,其断口形貌为扇形花样与河流状花样(无撕裂棱).与母材组织相比,焊缝区晶粒明显细化,且焊缝仍为高熵合金.     

U75V轨道钢线性摩擦焊工艺研究

目的 提高及改善目前轨道连接与修复的质量。方法 采用线性摩擦焊（LFW）的方法,对高碳轨道钢（U71Mn）在不同参数下进行了焊接试验,并对其微观组织和力学性能进行了表征。结果 焊接参数对接头质量起着决定性的作用。根据焊后接头的微观组织差异,可将其分为4个部分：焊缝中心区（WCZ）、热力影响区（TMAZ）、热影响区（HAZ）和母材（BM）。BM为珠光体和上贝氏体的混合组织,TMAZ由珠光体和少量马氏体组成。在WCZ中,由于受到的热力耦合作用的增强和更高的冷却速率,该区域马氏体含量进一步增加。在拉伸试验中,所有试样均在WCZ处发生断裂,接头的最大抗拉强度达到BM强度的86.6%。此外,WCZ中存在大量马氏体,在增加焊缝显微硬度的同时也降低了焊缝的冲击韧性。结论 采用LFW的方法可以得到焊接质量优良的轨道钢接头。     

Fracture toughness (J1C) of electron beam welded AA2219 alloy

AA2219 (Al–6%Cu) was butt welded in T87 temper (solution heat-treated, cold worked and precipitation hardened) and T6 temper (solution heat-treated and precipitation hardened) using electron beam welding (EBW). Variables studied were base metal temper condition and mode of EBW. Mechanical properties of the weld joint and fracture toughness at fusion zone (FZ) and heat-affected zone (HAZ) were evaluated and compared with those of the base metal. Results showed that EB welds have higher joint efficiency and fracture toughness than that of gas tungsten arc welding (GTAW). Fracture toughness of T6 base metal was found to be higher than its T87 counterpart. When welded, FZ and HAZ in T87 showed higher fracture toughness than that of T6; HAZ was the toughest. Pulsed current (PC) EB weld showed marginal reduction in toughness compared to constant current (CC) weld. Toughness variation is analyzed with the help of tensile test, Charpy impact test and scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM).     

铝合金厚板静止轴肩搅拌摩擦焊接头组织及性能

采用8.5 mm厚度2A14-T4铝合金和自主研制搅拌工具进行静止轴肩搅拌摩擦焊（stationary shoulder friction stir welding,SSFSW）实验,探讨焊接工艺参数对接头组织和力学性能的影响规律。结果表明：只有在低转速工艺参数范围内（转速ω=400~600 r/min与焊接速率v=60~120 mm/min）可获得焊缝表面光滑、无缺陷厚板铝合金SSFSW焊接接头。SSFSW焊缝区主要由焊核区（NZ）组成,周围热力影响区（TMAZ）及热影响区（HAZ）宽度明显减小,焊核区与搅拌针形状类似且由两种不同尺寸细小等轴晶构成,前进侧NZ晶粒比后退侧NZ更为细小。接头显微硬度呈"W"状分布,NZ硬度值可达到母材硬度80%~90%,TMAZ与HAZ交界处存在软化区,硬度最低为母材硬度72%左右。在给定ω=500 r/min,v=140 mm/min焊接参数下,SSFSW接头抗拉强度可达到母材的88%,断裂位置多位于后退侧TMAZ与HAZ交界处软化区,具有韧性断裂特征。     

车用TRIP590钢光纤激光焊接接头组织与性能研究

为了促进先进高强钢激光焊接技术的发展,采用光纤激光器对1.5mm厚的TRIP590钢板进行焊接,对焊接接头的微观组织、硬度以及拉伸性能进行了研究,分析了焊接速度对组织、性能的影响。结果表明:焊缝组织主要为板条状马氏体,热影响区可分为完全淬火区和不完全淬火区。焊接接头硬度分布不均匀,在热影响区或焊缝处硬度最高。随着焊接速度提高,热影响区马氏体含量增多,贝氏体含量减少,热影响区和焊缝组织变得细小。焊接速度为3~5m/min时,拉伸试样均断裂在母材,断后延伸率均超过30%,随着焊接速度提高,断后延伸率也有所提高,强塑积(PSE)均在20000MPa%以上,拉伸变形过程中相变诱发效应显著,大部分残余奥氏体转变为马氏体,在提高材料塑性的同时也提高了强度,实现了高强度和高塑性的统一。