SUS301L-HT不锈钢激光焊接与MIG焊接对比试验研究

进行了2 mm SUS301L-HT不锈钢激光焊和惰性气体保护(MIG)焊试验,对比了两组焊缝在成形、显微组织、力学性能等方面的差别。两种焊接方法焊得的焊缝在成形上有较大不同,激光焊焊缝成形均匀稳定,接头角变形小,熔宽小,热影响区(HAZ)窄,优于MIG焊缝。两种焊接方法焊得的焊缝的金相组织差异较大,激光焊焊缝组织由细小柱状奥氏体枝晶和枝晶间δ铁素体组成,HAZ发生了回复和再结晶,晶粒有一定程度的长大;MIG焊缝由粗大的块状奥氏体组织和少量δ铁素体组成,HAZ组织变化丰富,组织随着与熔合线距离的改变而不同。两种焊接方法焊得的焊缝的力学性能差异明显,激光焊焊缝拉伸性能优于MIG焊缝,激光焊接头拉伸断裂在焊缝,断口为典型韧性断口,接头抗拉强度达到979.1 MPa,延伸率达到48.2%。     

P92钢与Inconel 625合金厚板超窄间隙激光填丝焊接头的组织与性能

利用超窄间隙激光填丝焊技术实现了P92/Inconel 625异种接头,研究了焊接接头的组织和力学性能。结果表明,焊接接头的焊缝整齐,侧壁熔合良好,无气孔等缺陷;焊缝具有典型的凝固组织特征。P92钢热影响区的组织为马氏体,并分为粗晶区和细晶区。焊接接头界面中P92钢粗晶区的硬度最大,经热处理后硬度减小。常温拉伸试验中试样均断裂于Inconel 625合金,高温拉伸试验和高温持久试验中试样均断裂于P92钢,焊接接头的冲击韧性介于两种母材之间。     

50mm转子钢超窄间隙激光填丝焊接头组织与性能

设计了窄间隙的坡口并采用CO2激光填丝多道焊的方法焊接了厚度为50 mm的30Cr2Ni4Mo V转子钢,焊后观察并分析了接头不同区域的组织特征,通过接头的拉伸、弯曲试验及显微硬度评定了接头的性能,结果表明:选取优化的窄间隙激光填丝焊接工艺焊接的50 mm厚30Cr2Ni4Mo V钢对接焊接头成形良好,无侧壁未熔合等缺陷。接头中部填充焊焊缝中心由大量的针状铁素体和少量的粒状贝氏体组成,冲击韧性良好,表层填充焊焊缝由马氏体及少量的粒状贝氏体组成,冲击韧性有所下降。焊接接头拉伸试样均断于母材,接头最大硬度位于接头表层填充焊热影响区(HAZ)粗晶区,焊缝区的硬度较HAZ低很多。     

SUS301L不锈钢CO_2激光-MIG复合焊接头组织性能研究

针对2mm厚SUS301L奥氏体不锈钢薄板进行CO2激光-熔化极惰性气体保护电弧(MIG)复合对接焊试验,深入分析了焊接接头不同区域的显微组织及相组成,研究了装配间隙对焊接接头微观组织和力学性能的影响。结果表明,SUS301L奥氏体不锈钢复合焊接接头中心区域呈一定方向性的细小枝晶组织,未出现等轴晶区域,偏离焊缝中心区为垂直于熔合线向焊缝中心生长的柱状晶组织,距焊缝中心距离越远,晶粒越粗大;焊接接头主要由γ奥氏体相和少量δ铁素体相组成,焊缝凝固模式为铁素体-奥氏体结晶(FA)模式,凝固过程中发生的δ-γ转变由块状转变和相界面处的短程自由扩散作用共同完成;随着装配间隙的增大,焊缝残余δ铁素体含量逐渐降低,抗拉强度随之下降,断裂发生在焊缝靠近熔合线区域的粗大柱状晶区。     

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。     

60mm厚304不锈钢板超窄间隙光纤激光焊接接头组织性能研究

利用IPG公司YLS-6000光纤激光器及5mm超窄间隙焊接了60mm厚304不锈钢板,并利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和低温拉伸试验机分析了接头组织性能。结果表明,超窄间隙激光焊接方法可得到成形良好无明显缺陷的焊接接头,焊缝上下宽度一致约3.8mm。焊缝组织为柱状奥氏体与均匀分布的骨架状和板条状铁素体。热影响区并无明显晶粒长大,少量铁素体沿熔合线向母材方向扩散生长。Cr、Ni等合金元素在焊缝及热影响区分布均匀,无明显偏析。焊缝与母材显微硬度相当,略低于热影响区。接头拉伸强度随温度降低而上升,最高达1260MPa,在183K、213K、243K、273K温度下接头拉伸强度分别为母材的86%、96.7%、94.5%和92.6%。试样弯曲180°无裂纹及其他缺陷产生。     

超高强度30CrMnSiNi2A钢的激光焊接组织及性能

采用5 kWCO2激光焊接超高强度30CrMnSiNi2A钢,以获得性能优良的焊接接头.利用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)、显微硬度仪、电子万能试验机和X射线应力测定仪对激光焊接接头的显微组织、硬度、抗拉强度、拉伸断口和残余应力进行了研究.结果表明,焊缝中心区组织为等轴晶,近中心区组织为枝状晶,边缘区组织为粗大的柱状晶,熔合区组织为细长柱状品和细小等轴晶.热影响区(HAZ)组织主要为板条马氏体、贝氏体和少量残余奥氏体;焊缝区主要由α-Fe,NiCrFe,Fe-Ni以及MnSi2等相组成;焊缝区的硬度最高值约为518 HV,HAZ硬度最高值约为560 HV,从HAZ到基材硬度明显下降;焊接接头的抗拉强度平均值为802 MPa,断口均出现在靠近焊缝的母材区;焊接接头的冲击韧性为75.7 J/cm2;焊接接头的残余应力为压应力,焊缝区的残余应力平均值为-17 MPa,热影响区的残余应力平均值为-59 MPa.     

50mm厚SA508Gr.3Cl.2钢超窄间隙激光填丝焊接头组织与性能

采用超窄间隙坡口和光纤激光填丝多层焊工艺,焊接了50mm厚的SA508Gr.3Cl.2核电用钢,测试并分析了接头的微观组织和性能。结果表明,焊接接头无宏观缺陷;热处理后接头中部焊缝中心组织主要为上贝氏体和针状下贝氏体,母材侧热影响区的粗晶区组织为高温回火马氏体,硬度为280HV。焊接接头拉伸试样的拉伸断裂位置均位于母材,接头抗拉性能良好。接头上、中、下部位的焊缝冲击韧性均小于母材的,但焊缝冲击试样的断口形貌仍具有一定的韧性断裂特征。     

NiTiNb激光焊接接头退火前后的显微组织和力学性能分析

采用Nd:YAG脉冲激光焊机实现了200μm厚的NiTiNb形状记忆合金的激光焊接。焊接接头在850℃进行了退火处理。借助于光学显微镜、扫描电镜、精密拉伸机对接头的显微组织和力学性能进行了分析。结果表明,未热处理焊接接头的显微组织存在分层现象。熔合区的晶粒外延生长,焊缝中心为细小的等轴晶。焊接接头的抗拉强度为母材的90%。焊接接头断口韧窝小而浅,表现为延性断裂。热处理后焊缝的等轴晶消失,粗晶区和偏析区交替分布。母材和焊接接头都出现了应力诱发马氏体现象,表现为伪弹性。焊接接头的屈服强度仅为母材屈服强度的60%,母材和焊接接头的显微硬度低于热处理前的显微硬度。     

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。     

冷轧复相钢与低合金高强钢差厚板激光拼焊的焊缝组织与力学性能研究

为了研究冷轧复相钢和低合金高强钢(HSLA)差厚板的拼焊性能,采用10 k W级光纤激光器,改变激光功率和焊接速度进行拼焊实验。针对焊缝成形、金相组织、接头硬度、拉伸强度和成形性能进行一系列测试实验。结果表明,冷轧复相钢和低合金高强钢光纤激光拼焊可以得到成形良好的焊缝。焊缝组织以板条马氏体树枝晶为主,复相钢热影响区分为回火软化区、细晶等轴马氏体区和粗晶等轴马氏体区以及混合区等。拉伸试样断裂位置均位于低合金高强钢母材,焊缝杯突裂纹均位于薄板一侧并平行于焊缝。实验结果为冷轧复相钢和低合金高强钢差厚板激光拼焊提供一定的工艺和理论指导。     

5083铝合金厚板超窄间隙光纤激光焊接接头组织与性能

铝合金厚板由于焊接难度大、效率低和变形大等问题使其难以得到广泛应用。利用厚板超窄间隙激光焊方法及IPG公司YLS-6000光纤激光器焊接了25mm厚的5083铝合金厚板,并利用光学显微镜、扫描电镜和低温拉伸试验机分析了接头组织及低温性能。结果表明,超窄间隙激光焊方法可得到成形良好无明显缺陷的焊接接头,焊缝由7层构成,上下宽度一致且小于4.5mm。焊缝组织为细小柱状晶且均匀分布有不连续的点状析出物。热影响区晶粒并无明显长大,有部分析出物析出。焊缝与母材显微硬度相当,热影响区软化现象不明显。在273K、243K、213K及183K温度下焊接接头抗拉强度与屈服强度随温度降低略有升高,且与母材强度相当。接头弯曲试样弯曲180°后缺陷较少,焊缝塑性较好。     

光纤激光-变极性TIG复合填丝焊接A7N01铝合金接头的组织与力学性能

采用光纤激光与变极性钨极惰性气体复合填丝焊接A7N01铝合金,经工艺参数优化,得到了成形良好、无缺陷的焊接接头。研究了这些接头的显微组织、拉伸和疲劳性能,并分析了疲劳断裂特征及断口形貌。研究结果表明,接头主要由细晶区、柱状晶和等轴树枝晶组成;焊态下接头抗拉强度均值为320 MPa,约为母材的75%;自然时效30天后,抗拉强度均值提高到369 MPa,达到母材的83%;断裂位置位于焊趾应力集中处,拉伸断口呈明显的韧窝状,为典型的韧性断裂;接头的疲劳极限为115 MPa。     

X80管线钢光纤激光-MAG复合焊接打底层组织及性能

采用光纤激光-熔化极活性气体保护焊(MAG)复合焊接进行X80管线钢6mm厚根部的打底焊接,以实现单面焊双面成形。对工艺规范参数优化后的焊接接头进行宏观成形分析和显微硬度、拉伸、冲击、弯曲等力学性能研究。在此基础上,重点研究了激光-MAG复合焊热循环对打底焊焊缝接头微观组织的影响。结果表明,在优化的工艺参数范围内,可获得成形良好、无缺陷的焊缝;焊缝截面呈高脚杯状,可分为电弧作用区和激光作用区;电弧作用区的硬度高于激光作用区;拉伸试样断裂于母材;电弧作用区焊缝组织主要为针状铁素体和少量的先共析铁素体,激光作用区焊缝组织主要为针状铁素体和贝氏体类型组织(上贝氏体+粒状贝氏体);激光作用区和电弧作用区的热影响区组织差异不大,但电弧作用区的过热区明显宽于激光作用区。     

激光焊接三明治结构T型接头的研究

本试验采用IPG YLS-5000型激光焊接系统,焊接舰船用高强钢907A三明治板。采用万能试验机、显微硬度仪、超景深三维数码显微镜以及扫描电镜,测定了T型焊接接头的拉脱力学性能、显微硬度、显微组织和断口形貌。结果表明,焊缝和热影响区的显微硬度均高于母材,焊缝显微硬度在330~360HV0.2之间;焊缝组织为板条马氏体,热影响区组织主要为马氏体、残余奥氏体及少量析出碳化物;T型接头断口属于兼有韧性断裂和解理断裂的综合断裂;焊接速度和离焦量一定时,焊缝宽度和深度随激光功率的提高而增大;T型搭接接头的力学性能主要取决于搭接处的焊缝宽度,在当前工艺条件下进行3道次的激光焊,能保证腹板和面板的接合强度比母材的强度大。     

铝合金激光-MIG复合焊接头性能研究

探讨了激光与电弧相互作用后,焊缝中心上部和下部晶粒大小不同的原因,在此基础上研究了焊接速度的改变对6009铝合金接头的微观组织、拉伸性能、显微硬度的影响。结果表明：6009铝合金激光-MIG焊焊接接头的抗拉强度和延伸率随着焊接速度的增加而增加,拉伸试样的断裂位置由焊缝区转移到热影响区,断口呈现均匀分布的韧窝形貌,断裂机制为微孔聚集形断裂;焊缝中心上部晶粒小于焊缝中心下部,而且尺寸分布均匀。焊缝中心上部的显微硬度则高于焊缝下部。接头热影响区存在软化区,宽度为4～6 mm。     

IC10单晶高温合金激光焊裂纹及显微组织的研究

利用激光焊工艺焊接了IC10单晶高温合金,分析了焊接速度对接头焊缝成形、横截面形貌以及显微组织的影响。结果表明,随着焊接速度的减小,焊缝的表面和背面宽度增大。不同焊接速度下焊缝的横截面均呈典型的"酒杯"状。焊缝主要由细晶区和胞状晶以及柱状晶组成。不同焊接速度下的焊缝中均存在沿晶界扩展的焊接裂纹。接头中晶粒的生长方向趋于一致,从而增大了接头裂纹的敏感性。     

20 mm厚316LN不锈钢板的超高功率光纤激光自熔焊

采用20kW超高功率光纤激光器单道焊接了20mm厚316LN奥氏体不锈钢,研究了焊接工艺参数对焊缝成形及宏观形貌的影响,并对焊接接头的显微组织和力学性能进行了分析。结果表明,采用负离焦可以得到成形良好的焊缝;焊缝组织为单一的奥氏体组织,焊缝上部和底部中心区存在等轴晶粒,焊缝中部中心区为粗大的柱状晶。在优化的工艺参数下,焊接得到的接头抗拉强度为645 MPa,与母材相当。焊接接头断裂于熔合线边界处,为典型的韧性断裂。焊接接头热影响区的显微硬度略高于焊缝和母材。     

铝合金T型接头激光双侧填丝焊接工艺研究

以2 mm厚6056铝合金为试验材料,采用激光双侧填丝焊接方法进行铝合金T型接头焊接工艺试验,主要研究了光束入射角度、光束入射位置、送丝速度与焊接速度等工艺参数对焊缝成形的影响;分析了T型接头焊缝的显微组织特征与拉伸性能.试验结果表明:光束入射角度过大时,两侧焊缝重合面积较小且蒙皮热变形较大;当光束入射位置偏移立筋0.2～0.3 mm时可以显著改善蒙皮背部的热变形.焊缝中心组织与两侧无明显差别,均为细小的等轴晶.焊缝熔深是T型接头拉伸载荷的重要影响因素,接头起裂于蒙皮焊趾处,断裂于焊缝与母材金属之间的熔合区.     

双面超薄不锈钢复合板激光焊接接头组织性能研究

以高Cr、Ni合金粉为填加材料,采用Nd∶YAG脉冲激光对0.1 mm+0.8 mm+0.1 mm双面超薄不锈钢复合板进行对接焊,对焊接接头的组织、抗拉强度、焊缝区显微硬度以及焊缝表面耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,激光焊接的表面成形性好、变形小、无缺陷,焊缝金属与覆层不锈钢及基层碳钢连接良好;焊缝中心为晶粒取向不规律的细小等轴晶,其他区域为柱状晶,几乎看不到热影响区,焊缝表面为奥氏体+少量铁素体+少量马氏体组织;焊接接头的抗拉强度达到了母材的92%,伸长率为母材的25%;焊缝区显微硬度与母材相比有显著提高;不锈钢复合板焊缝表面和母材覆层抗电化学腐蚀性能接近。