Inconel 690局部干法水下激光焊接接头组织及性能研究

采用气体辅助排水装置对Inconel 690合金进行水下局部干法激光焊接,研究了热输入和离焦量对焊缝成形、横截面几何特征、对接接头缺陷和力学性能的影响,从而实现工艺参数优化。结果表明：热输入对焊缝的宽度影响较大,熔池的Marangoni流动和金属蒸气的喷发导致顶部区域宽度扩大。焊缝的结晶形态由平面状经过胞状转变为树枝状。随着焊接热输入的减小,焊缝晶粒尺寸减小,力学性能则不断增强。焊缝的宽度随离焦量的增加而改变,离焦量为零时,接头力学性能最佳。水下和陆上焊接获得的接头显微组织均由胞状晶、柱状晶和树枝晶组成。陆上焊接接头枝晶间存在Cr和Ni元素偏析现象。而水下焊接过程中水的快速冷却作用有助于改善接头枝晶间的合金偏析程度,但恶化了合金元素晶内偏析。在最佳焊接工艺参数下,水下焊接接头的抗拉强度和陆上焊接接头相似,冲击韧性亦达到陆上焊接接头的90%,显微硬度则高于陆上焊接接头。     

纵向磁场对316L不锈钢窄间隙激光-MIG多层焊接接头微观组织与疲劳裂纹扩展的影响

研究了外加纵向恒定磁场对10 mm厚SUS316L奥氏体不锈钢窄间隙激光-MIG多层焊接接头成形、奥氏体和铁素体微观组织以及疲劳裂纹扩展的影响。结果表明:在磁场作用下,接头上部复合焊接层的熔深减小,熔宽增大,下部复合焊接层的对称性提高,但上、下部焊接层的面积和层间重熔面积无明显变化;磁场的加入导致了不同的熔合线形状,改变了熔合线附近组织的生长方向,改善了熔合线附近母材的热循环,减小了焊接热影响区的宽度并抑制了晶粒的粗化;磁场可以促进层间胞状晶向树枝晶转变,改变铁素体枝晶的形态,细化层间和层内奥氏体组织;焊缝组织细化可以增大层间组织疲劳裂纹扩展的阻力,降低接头的裂纹敏感性。     

外加磁场对不锈钢激光热丝焊的影响

为了研究磁场对激光焊接的影响,采用在工件旁放置永磁铁、提供横向或者纵向常磁场对不锈钢进行激光电流热丝焊接的方法,结合焊缝横截面形状以及焊缝组织等,对不同磁场下激光热丝焊接头进行了分析。结果表明,磁场的加入对焊接过程和接头形状有显著影响,适当的磁感应强度能稳定激光热丝焊接过程,磁感应强度过大则易造成大量飞溅;焊缝接头的形状随磁场的方向、极性以及磁感应强度的变化而改变;横向磁场的加入能提高激光热丝焊接效率;磁场还能减少焊缝柱状树枝晶区域,促进胞状晶的形成,提高焊缝的显微硬度值。外加磁场在焊接熔池中产生了安培力,安培力是搅拌熔池的主要作用力,从而改变液态金属流动,造成激光热丝焊接头形状和组织的改变。     

A7N01铝合金光纤激光-变极性TIG复合填丝焊接工艺研究

采用光纤激光-变极性TIG复合填丝焊接4mm厚的A7N01铝合金,研究了焊接电流、焊接速度对焊缝成形及气孔的影响规律,同时分析了优化工艺参数条件下焊接接头的显微组织和力学性能。结果表明,随着焊接电流的增加,焊缝正面熔宽增加,背面熔宽基本不变;而焊接速度降低,焊缝正面和背面熔宽均增加,焊缝内部气孔减少;且在激光功率为6kW、焊接电流为180A、焊接速度为4m/min、送丝速度为4m/min时,获得成形良好内部无缺陷的焊接接头;焊缝横截面呈典型的上宽下窄的特征,从熔合线至焊缝中心,焊缝显微组织依次为细小等轴晶、柱状晶、等轴树枝晶形态,且焊缝中心的等轴树枝晶晶粒尺寸自上而下逐渐减小,二次枝晶逐渐弱化;焊缝区的硬度值低于母材,存在接头软化现象,其接头抗拉强度均值为369.8 MPa,约为母材的83%,延伸率约为4.0%,拉伸断裂于焊缝区,拉伸断口呈典型的韧性断裂特征。     

2060铝锂合金光纤激光填丝焊接工艺研究

2060-T8铝锂合金是具有低密度、高比强度,及良好低温性能的新型轻量化航空材料。采用光纤激光器并填充5087(Al-Mg-Zr)焊丝焊接2mm厚2060-T8铝锂合金,研究了工艺参数对焊接接头热裂纹敏感性的影响,分析了焊接接头的显微组织及力学性能。研究结果表明,结晶裂纹敏感性随激光功率和焊接速度的增加而增加,随送丝速度的增加而降低。在激光功率为3kW、焊接速度和送丝速度为3m/min的工艺参数下接头成形良好,无焊接裂纹,焊接接头的平均抗拉强度为309MPa,断裂发生在焊缝区。同焊缝上部及下部相比,焊缝腰部熔合线附近细晶区等轴晶数量较多且柱状晶明显细化,这与熔池流动机制与边界层厚度有关。     

TC1合金激光焊接工艺探索

对TC1钛合金激光焊接工艺及接头性能进行研究。通过设计拖罩及专用夹具 ,较好解决了焊接熔池的保护 ,获得了无气孔、裂纹 ,表面无氧化的银白色焊接接头。熔透 1 .5mm的板材 ,焊接速度可达 3m/min .。接头横截面形貌为“沙漏”状。通过组织和力学性能分析发现 ,尽管组织较粗大 ,焊缝仍具有较好的综合性能     

高氮钢复合焊接接头组织性能分析

为了研究在不同热输入下高氮钢焊接接头各区微观组织和硬度分布,采用了Nd:YAG-MAG电弧复合焊接方法焊接高氮奥氏体不锈钢,进行了理论分析和试验验证,取得了不同热输入下焊接接头各区形貌、微观组织和显微硬度数据。结果表明,高氮钢复合焊接接头截面形貌呈"高脚杯"状,上部为电弧作用区,下部为激光作用区;焊缝组织由奥氏体和少量铁素体组成,随着热输入的增加,铁素体含量增多,铁素体树枝晶主干增长、增粗,有二次支晶分布在树枝晶主干两侧;焊接接头硬度分布不均匀,母材硬度最高,其值在330HV~370HV之间,焊缝区硬度在260HV~300HV之间;随着热输入的增加,焊接接头硬度降低;焊接接头没有出现软化区。这一结果对高氮钢复合焊接在不同热输入参量下获得良好焊缝提供了理论基础。     

Zr基大块非晶合金的激光焊接

采用激光焊接技术,对Zr基大块非晶合金(BAA)Zr45Cu48Al7(原子数分数(%))进行了焊接实验,研究在激光焊接下不同工艺参量对焊接接头组织的影响,初步探讨了在焊接热循环过程中焊缝和热影响区的晶化行为。结果表明,在激光输出功率1200 W,焊接速率8 m/min的条件下,成功地获得了无气孔和裂纹等缺陷的焊接接头。焊缝和热影响区均没有出现晶化现象,仍然保持非晶结构。而当激光输出功率不变,焊接速率分别为2 m/min,4 m/min的工艺条件下,焊接后的接头则出现了不同程度的晶化现象。利用光镜和微区X射线衍射(XRD)实验分析确定:2 m/min条件下焊缝和热影响区均出现了晶化现象,晶化相主要为ZrCu相和Zr38Cu36Al26相(5τ);4 m/min条件下焊缝未出现晶化现象而热影响区出现晶化,晶化相主要为ZrCu相和5τ相。     

工艺参数对激光填丝搭接焊成形的影响

介绍了镀锌钢板激光填丝搭接焊接的方法及设备,对1.0mm镀锌钢发现板与0.7mm普板的搭接接头进行光纤激光填丝焊接。研究了不同焊接参数下焊缝的外观形貌、焊缝宏观截面以及显微组织。发现在合适的工艺条件以及参数下能获得美观的焊缝接头。焊缝显微组织主要为铁素体、珠光体以及贝氏体,填丝焊热影响区比单激光自熔焊要大,其主要组织为粗大铁素体。实验结果显示随着激光功率的增大焊缝熔深熔宽均增大,随着光斑远离焦距位置,焊缝熔宽增大,熔深略减小。随着焊接速度的增大,焊缝熔深减小,熔宽也呈减小趋势。     

6061-T6铝合金高速高功率CO_2激光填丝焊接性的研究

为实现6061-T6铝合金薄板的高速高功率CO2激光填丝焊接,选用了ER4043,ER5356两种焊丝进行了焊接性试验。利用鱼骨状试样对两种焊丝的激光焊接铝合金6061-T6的热裂纹敏感性进行了分析;利用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计以及万能材料试验机分析了焊接接头的组织与性能。研究结果表明,与填充ER5356焊丝相比,填充ER4043焊丝的焊接接头热裂纹敏感性较低,焊接速度可达6 m/min。焊缝主要是柱状晶、等轴晶及少量树枝晶,显微硬度在60~80 HV,拉伸强度可达240~262 MPa,弯曲性能良好。     

激光焊接热输入对微合金C-Mn钢全熔透焊接接头组织性能的影响

以抗拉强度700 MPa级Nb-Ti微合金化C-Mn钢为研究对象,采用高功率光纤激光器对4.6 mm厚钢板进行了拼焊实验,研究了热输入(162、175、187、226 J/mm2)对全熔透焊接接头显微组织、显微硬度、拉伸性能及冲击韧性的影响。研究表明,4种热输入条件下,焊缝区和粗晶区组织均以板条马氏体为主,存在不同含量的贝氏体和铁素体;随着热输入的增加,粗晶区原始奥氏体晶粒尺寸逐渐增大;热输入对细晶区和混晶区的组织影响不明显。焊缝区和热影响区平均硬度均高于母材;随着热输入的提高,焊缝区硬度和焊接接头的峰值硬度逐渐降低,主要原因是热输入增大形成贝氏体和铁素体。4种热输入条件下焊接接头的抗拉强度高于母材。4种热输入条件下焊接接头冲击吸收功均高于母材,且均为韧性断裂,研究范围内的热输入对焊接接头冲击性能影响不明显。     

2219铝合金激光镜像焊接接头组织差异性与力学性能研究

针对航空航天领域广泛应用的中厚板2219铝合金，设计了激光镜像焊接实验以分析焊接接头组织分布，对比研究了焊接热输入对焊缝形貌、微观组织、断口形貌及元素分布的影响。结果表明：随着焊接热输入的增加，联合焊缝面积增大、“等腰”比例增加，上熔合线区域柱状晶区宽度由127μm减少至87μm，且下熔合线区域柱状晶区宽度小于上熔合线区域柱状晶区。不同焊接热输入下的焊缝中心区域均为等轴树枝晶组织，且随着焊接热输入的增大，焊缝中心区域等轴树枝晶的数量增加，证明热输入提高对细化晶粒具有积极作用。此外，当焊接热输入增大时，焊接接头力学性能得到提升，焊缝区显微硬度最高可达74.9 HV，拉伸强度由188.39 MPa提高至259.47 MPa，接头拉伸断裂部位出现在焊缝区，断裂方式随着热输入的增加由混合断裂转变为韧性断裂，同时韧窝数量增加，尺寸增大且更加均匀。     

14 mm厚EH36高强钢光纤激光-MAG复合焊工艺及接头组织性能

利用光纤激光-MAG复合焊工艺焊接了14 mm厚的EH36高强钢,研究了激光功率、焊接速度和焊接电流对焊缝成形的影响,并分析了优化工艺下焊接接头的组织和性能。结果表明,随着激光功率的增大,焊缝的熔深增大,熔宽基本不变;随着焊接速率的增大,焊缝的熔宽减小;随着焊接电流的增大,焊缝的熔宽基本不变。最佳焊接工艺下得到的焊缝成形良好且无焊接缺陷存在;焊缝及热影响区的组织主要由板条马氏体组成;焊缝金属的硬度大于母材的;拉伸试样断裂位置在母材;焊缝横向侧弯试验后,拉伸面没有出现裂纹;焊缝冲击试样断面为准解理断口形貌。     

热源顺序对HG785D高强钢激光-电弧复合焊耦合机理与接头性能的影响

采用激光-电弧复合焊的方法焊接了HG785D高强钢,研究了不同热源顺序下激光功率和送丝速度对焊接过程的影响。观察了复合焊过程中等离子体的动态变化,并获取了不同热源顺序下等离子体的电子温度和电子密度,揭示了焊接过程热源耦合机理。结果表明,随着激光功率的增大,焊缝熔深先减小后增大;随着送丝速度的增大,焊缝熔深逐渐减小。相较于电弧先导,激光先导等离子体的体积较大且电子温度较高,焊缝熔深较大,同时接头的抗拉强度较大,但塑性较弱,且接头各区域的显微硬度较大。     

殷瓦薄板高速激光焊接的热裂纹敏感性

以2.2 m/min激光扫描速度,采用对接和搭接两种方式高速焊接0.7 mm薄板殷瓦合金。借助金相显微镜和扫描电子显微镜观察焊缝显微组织,讨论焊缝中心的热裂纹形成机理,对比分析不同接头形式的热裂纹敏感性。实验结果显示,殷瓦合金的高速激光焊缝为铸态单相奥氏体树枝晶。对接焊缝中心出现热裂纹,而搭接焊缝未发现热裂纹。分析认为,在树枝晶凝固最后阶段,焊缝两侧树枝晶粒的大角度晶界能γgb大于2倍液态薄膜固/液界面能sγl,液态薄膜完全桥接需要临界过冷度ΔTb。殷瓦合金散热系数低,过冷度不足,焊接残余拉伸应力rδ将导致液态薄膜开裂。对接时容易出现热裂纹。而搭接时开裂的液态薄膜有上层液态金属流入补充,能有效降低焊缝的热裂纹敏感性。     

800MPa级高强钢光纤激光焊接接头微观结构对硬度及疲劳性能的影响

利用6kW光纤激光器对1.5mm厚冷轧800 MPa级双相钢进行激光拼焊试验,研究激光焊接接头的显微组织演变规律、显微组织对显微硬度及疲劳性能的影响规律。结果表明,焊接接头主要包括焊缝区(WZ)、粗晶区(CGHAZ)、细晶区(FGHAZ)、混晶区(MGHAZ)和回火区(TZ),其中焊缝区和粗晶区显微组织均为马氏体,但焊缝区内的原始奥氏体晶界保留着柱状晶的生长形态,粗晶区内的原始奥氏体晶界呈多边形生长;细晶区和混晶区均为铁素体和马氏体,但细晶区的显微组织更为精细;回火区主要由铁素体和回火马氏体组成。混晶区和回火区显微硬度均低于母材,共同组成了焊接接头的软化区。由于软化区尺寸相对较窄(0.4 mm)且硬度降低幅度低(~6.8%),拉伸断裂位置出现在母材。在应力比为0.1的拉-拉疲劳条件下,母材和焊接接头的疲劳极限分别为545 MPa和475 MPa,疲劳断裂未出现在软化区。母材中的疲劳裂纹在铁素体与马氏体两相界面萌生并扩展;而焊接接头中的疲劳裂纹则在焊缝中的奥氏体晶界上或马氏体板条内萌生,沿着焊缝中心处柱状原始奥氏体晶界的交汇处切断马氏体板条束扩展。     

高功率激光焊接汽车用高强钢B450LAD组织与性能

采用15 kW CO3激光器对1.8 mm厚的热镀锌薄板B450LAD进行了高功率激光焊接.对工艺优化后所得到的4组焊接工艺规范参数的焊接接头进行宏观与微观组织分析、显微硬度试验以及拉伸力学性能试验.结果表明,在激光功率5.8～12.9 kW以及焊接速度3～7 m/min参数下,1.8 mm厚13450LAD镀锌钢板均可获得成形良好、无缺陷的焊缝;焊缝截面呈上宽下窄的倒梯形,热影响区(HAZ)相当窄;焊缝熔化区组织均为马氏体、细晶区组织为少量马氏体和铁素体;其焊缝中心显微硬度约为母材(BM)的2倍;焊接接头具有良好的拉伸力学性能,且4种拉伸试样均断于母材处.实验的4组工艺参数可作为此钢材不同应用场合下高功率激光焊接的工艺参考.     

NULCB钢激光焊接接头组织、性能的研究

为了研究新一代超低碳贝氏体(NULCB)钢的焊接性,利用kW CO2激光对NULCB钢进行了焊接,并分析了焊接接头组织、性能的变化规律.试验结果表明,激光焊接接头显微硬度均高于母材,未出现明显的软化区;焊缝区和热影响区粗晶区组织均为贝氏体板条和M-A组元组成的粒状贝氏体;热输入由120J/mm～600J/mm范围内变化时,随着热输入的增大,M-A组元的平均宽度、总量、形状因子增大,M-A组元线密度减少;随热输入的增大,激光焊接焊缝区冲击吸收功先增大然后减小.合适的激光焊接条件下,激光焊接焊缝区具有良好的韧性,其低温冲击吸收功高于母材.     

QP980高强钢小光斑激光焊接接头组织与性能研究

采用光斑直径为0.1 mm的激光束对2 mm厚QP980先进高强钢进行激光焊接。借助光学显微镜、扫描电子显微镜、万能材料试验机和显微硬度计等工具，研究焊接速度对接头成形、组织演变及力学性能的影响，研究发现，随着焊接速度的减小，横截面形貌从“钉”形逐渐过渡为“沙漏”形，最后变为“直筒”形。焊缝熔化区马氏体形态粗大，热影响区主要由较为细小的马氏体构成，硬度均高于母材；回火区由于母材马氏体发生分解，使得该区域硬度比母材低，但随着速度的增加，马氏体分解程度逐渐降低。由于焊缝的硬化，焊接接头断后延展率降低，不同焊接速度下的拉伸断口形貌表明均为韧性断裂。     

6082铝合金激光-MIG复合焊工艺组织及性能研究

以3 mm厚6082-T6铝合金为母材进行激光-MIG复合焊接,研究激光功率与送丝速度对焊缝成形、微观组织及力学性能的影响,并对不同功率下的焊接接头进行气孔缺陷分析。结果表明,在激光功率为1 900 W、送丝速度为4 m/min时,焊缝成形最好,接头显微硬度从母材到焊缝中心呈现先减小后增大的趋势,热影响区处存在软化现象,接头抗拉强度可达313 MPa,延伸率达6.18%。焊缝中心组织为细小等轴晶粒,熔合区为垂直于熔合线生长的柱状晶。另外,随着激光功率的不断增大,接头气孔数量、尺寸及气孔率均随之增大。