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。     

奥氏体不锈钢焊缝中形变孪晶的电镜研究

利用电子显微镜对不同材料组合和焊接条件下，奥氏体不锈钢焊缝中形变孪晶的形态进行了现察。实验发现焊缝中形变孪晶的数量和形态与接头的拘束条件有关。在全拘束接头中，孪晶的数量最多，还会出现多次孪晶。随拘束程度的下降，孪晶数量减少。在无拘束接头中，几乎看不到孪晶。这些形变孪晶是由于在奥氏体钢焊缝冷却过程中，结晶凝固和δ－铁素体向奥氏体的相转变，导致焊缝体积缩小而快速引入的拉伸切应力产生的。     

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。     

氮气保护不锈钢激光焊接接头组织及力学性能

采用不同比例的氮气/氩气混合保护气,对2mm厚的SUS301L奥氏体不锈钢进行了CO2激光焊接试验,研究了不同比例氮气保护条件下焊缝的显微组织、综合力学性能和表面耐腐蚀性能。试验结果表明,在不同比例氮气保护条件下,均可得到微观组织形貌无明显差异的焊接接头,焊缝的氮含量基本与母材一致,焊缝中的相均由γ奥氏体和少量δ铁素体组成;接头抗拉强度、弯曲性能及显微硬度与母材相当;纯氩气保护下焊缝的耐腐蚀性能最好。随着保护气中氮含量的增加,焊缝表面的耐腐蚀性能逐渐降低,但腐蚀速率呈减缓趋势。     

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%。     

医疗器械用高氮不锈钢薄板激光焊接接头的组织与性能

高氮奥氏体不锈钢具有良好的强韧性,且可避免不锈钢中镍离子引起的生物过敏反应,在医疗器械方面具有广泛应用前景.焊接性是高氮钢的重要应用性能.本文利用激光对3mm厚的高氮钢进行了焊接,研究了高氮钢激光焊接接头的组织、力学性能及其变化规律.研究结果表明,高氮钢激光焊接焊缝组织为奥氏体和少量的δ-铁素体,接头没有出现软化区,拉伸实验均断在母材处.焊缝具有较高的冲击韧性.     

Fe—Al—Mn双相钢淬火相变特征的透射电子显微镜观察

用金属薄膜透射电子显微镜方法,对“Fe—Al—Mn”双相钢的淬火相变特征进行了研究,结合X—射线及电子探针分析结果发现:试验钢在1000～1150℃淬火时,δ—铁素体发生脱溶分解,形成δ—铁素体和Fe_3Al有序相组织。在1150～1250℃温度范围内淬火时,δ—铁素体向γ—奥氏体转变。作为淬火相变产物的奥氏体有两种类型,一类是片状(孪晶)奥氏体,一类是板条状(位错)奥氏体。这些奥氏体与母相δ—铁素体之间大都有“ K—S”位相关系;淬火过程中还发生调幅结构及基体铁素体和相变产物奥氏体有序化等现象。     

镍箔对DP980/A6061异种激光焊接接头组织性能的影响

对DP980板和A6061板进行了激光搭接焊试验,对比分析了镍箔对焊接接头焊缝(WS)和熔合线(FL)的显微组织、显微硬度及拉剪性能的影响。结果表明,对于未添加镍箔样品,铝元素进入熔池内导致WS和FL处形成大量软质相δ铁素体和部分板条马氏体(LM),钢/铝界面处析出脆性FeAl_2、FeAl_3金属间化合物,金属间化合物层的峰值厚度约为50μm,拉伸过程中焊接接头在界面处发生脆性断裂;对于添加镍箔样品,镍元素抑制了Fe-Al冶金反应的进行,促使δ铁素体向奥氏体转变,在室温下WS获得了全LM组织,WS硬度升高,界面处形成了Ni-Al金属间化合物,界面处的硬度和脆性Fe-Al金属间化合物层的厚度减小。镍箔使焊接接头的强度提高至61 MPa,是未添加镍箔样品的1.4倍。     

一种红外探测器用电子束焊接技术研究

针对当前制冷型红外探测器所使用的冷指零件材料(TC4)、冷台零件材料(可伐合金)开展真空电子束焊接技术研究。TC4合金和可伐合金在熔化焊接时,焊缝组织内会出现Fe—Ti金属间化合物,该类型的金属间化合物属于脆性材料。在焊接完成后温度降低的过程中,会因TC4和可伐合金的热膨胀系数差异导致焊缝开裂。本文通过在焊缝区域添加过渡金属,将Fe、Ti元素进行物理隔离,实现了TC4/可伐合金之间的熔化焊接。     

高氮钢复合焊接接头微观组织及力学性能

为了研究和掌握高氮钢复合焊接接头的微观组织和力学性能,以8mm厚的高氮钢板为试验材料,采用额定功率为4kW的Nd:YAG固体激光器对其进行了激光-电弧复合焊接,利用金相显微镜和扫描电子显微镜对焊接接头的微观组织和断口形貌进行拍照和分析,并利用能谱分析仪和X射线衍射仪,从微区成分元素的种类、含量及物相组成方面进一步分析母材、热影响区、焊缝区的微观组织。结果表明,焊缝区的组织为典型的树枝晶和少量的等轴晶形貌,母材、热影响区都是奥氏体组织,焊缝区除了奥氏体组织外还伴有少量的δ铁素体组织;焊缝中的第二相粒子主要是通过冶金反应产生,以TiO₂、尖晶石（MnAl₂O₄）以及硅酸盐等形式存在,对晶粒有明显的细化作用,可增加焊缝强度;拉伸断裂出现在焊缝区,断口组织形貌为典型的韧窝断裂,并在断裂处可发现有空洞和第二相粒子的形貌特征,说明焊缝缺陷可能导致力学性能薄弱。此研究为激光-电弧复合焊接在高氮钢焊接领域的应用奠定了一定基础。     

激光焊接TRIP590钢焊缝微观结构及形成机理研究

通过扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射分析(EBSD),研究了TRIP590钢激光焊接接头的界面微观结构和形成机理。SEM分析表明,焊接接头焊缝区组织为马氏体组织,热影响区组织主要是贝氏体和铁素体,离焊缝位置越近,马氏体量越多。EBSD分析表明,母材区的晶粒分布均匀,都是大角度晶界,没有明显的择优取向。热影响区晶粒大小不均,贝氏体有相同或相近的取向。焊缝区板条尺寸最为粗大,有明显的织构。残余奥氏体弥散分布在晶粒内部或晶界,焊缝和热影响区晶界取向差都是1°~5°之间的小角度晶界,大量的小角度晶界导致焊缝与热影响区的塑性要小于母材。     

厚板高功率激光切割重铸层微观组织研究

本文研究了18 mm厚316L不锈钢激光切割重铸层宏微观成形特征，基于扫描电镜和电子背散射衍射仪，分析了重铸层表面和截面晶粒的形态和尺寸。结果表明：重铸层表面的Fe元素少量蒸发，从上部到下部重铸层表面由紊流向层流转变，厚度逐渐增大，组织呈现为分层的针状晶形态；对于晶体取向，切缝顶部晶粒的外延生长比例低于底部，前者生长方向的随机分布由熔体紊流引起，后者的外延生长由熔体层流引起；母材中的γ相为等轴晶形态，δ相呈带状分布；重铸层中γ相的晶粒形态不规则，粗化至母材的2倍左右，而δ相则弥散分布，细化至母材中δ相尺寸的1/6～1/2；组织转变的原因是激光切割过程中极大的温度梯度大幅缩短了δ相形成温度的持续时间，同时，熔体扰动促使δ相弥散分布。     

低功率YAG激光-MAG电弧复合焊接的研究

本文以低功率YAG激光-MAG电弧复合热源和单脉冲MAG焊接不锈钢为基础,对低功率激光复合焊接中的一些特点进行了初步研究。试验结果表明,焊接速度是复合焊接过程中的一个重要参数,焊接熔深主要由激光的能量决定;低功率复合热源和单MAG焊缝组织都是由奥氏体和枝状的δ-铁素体组成,但在同样的焊接熔深下复合焊接组织晶粒比单MAG焊缝中的晶粒细小;发现复合焊接中由于YAG激光的加入,在激光作用点上方粒子的热运动和电离程度比单MAG焊接强烈;复合焊接电弧等离子体的电子温度和电子密度大于单MAG焊接电弧等离子体的电子温度和电子密度。     

奥氏体—珠光体异种钢焊接边界的TEM原位观察

焊接边界又称熔合线,是液态金属与固态母金属之间的交界面,对奥氏体—铁素体类异种钢焊接来说,该处组织和成分变化剧烈。本工作首次用透射电镜观察了焊接边界的各种组织形态。在Cr18Ni13—45钢焊接接头中发现有两种焊接边界。一种是类马氏体(M)/铁素体(F)边界(图1a);一种是类马氏体(M)/类珠光体(P)边界(图1b)。在焊接边界两侧用x射线能谱分析测得Cr含量从4.6％徙降到1.5％左右,Ni含量从3.8％徙降到0.6％左右。在12Cr1MoV珠光体耐热钢—Inconel-82镍基合金的焊接接头中发现有两条焊接边界。一条是奥氏体(A)/类马氏体(M)边界(图2),其中奥氏体内位错密度很高,     

The morphology and crystallographic orientation of γ'-Fe4 ( C, N) phase in diffusion layer of plasma nitrocarburized 08F steel

利用扫描电子显微镜( SEM)和透射电子显微镜(TEM)研究了08F钢离子氮碳共渗扩散层中的γ'-Fe4(C,N)相的形态及其晶体学取向关系.结果表明,扩散层中的γ'-Fe4(C,N)相具有针状、片状和带状三种相貌.γ'-Fe4(C,N)相内部又分为层错型和非层错型两种,且含层错的γ'-Fe4(C,N)占多数.另外,γ'-Fe4(C,N)与α-Fe晶体学取向关系符合近似的N-W和K-S关系,即当[1-1-1]α//[1-01]γ'或者[100]α//[110]γ'时,则{110}α//{111}γ'+1.6°;当{110}α//{111 }γ',则[1- 11]α//[1-01]γ' +0.9°.     

E36与304异种金属光纤激光焊接接头的组织分析

对E36高强钢和304奥氏体不锈钢进行了激光对焊,采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线仪(XRD)对焊接接头的金相组织进行了分析,并测试了接头处的显微硬度。结果表明,光纤激光焊对异种钢焊接的焊缝成形良好。在304侧的熔合区位置析出的d铁素体随着焊接速度的增加逐渐减少。靠近304不锈钢的焊缝区为平面晶,焊缝中心和靠近E36侧焊缝区为柱状晶。随着焊接速度的增加,304不锈钢侧柱状晶逐渐增多,在焊缝中心胞状晶数量逐渐增多,E36侧没有明显变化。焊缝主要由马氏体组织和少量碳化物组成,焊接速度对焊缝组织的影响不明显。焊缝区成分较均匀,两侧的熔合区存在成分梯度且受焊接速度影响较大。在E36侧热影响区生成了板条马氏体、铁素体和珠光体组织。最高硬度出现在焊缝区,随着焊接速度的增加,焊缝和E36侧的热影响区硬度增加。     

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。     

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。     

高锰钢马氏体相变的晶体学研究

利用EBSD取向成像技术研究了高锰TRIP/TWIP钢中的马氏体相变特点,鉴别出ε-M和α-M两种马氏体的组织形貌特点,确定出奥氏体和ε-M之间存在{111}γ∥（0002）ε,〈10〉γ∥〈110〉ε,即Shoji-Nishiyama取向关系;ε-M和α-M之间存在（0002）ε∥{110}α,〈110〉ε∥〈11〉α,即Burgers取向关系。奥氏体晶粒中出现了多种α-M变体,各变体间存在广泛的相变孪晶关系,本文还初步分析了惯习面。     

异种钢焊接边界及熔合区的电子显微研究

现代工业广泛应用异种钢焊接,人们日益分重视对容易发生失效现象的熔合区及焊接边界的研究。由于样品制备的困难,用透射电镜对熔合区的组织结构变化进行原位观察的报道很少。本文用自动焊条焊机以同一焊接规范制成了Cγ25Ni20(A402)焊条在DT3电工纯铁,20,45,T8钢单道堆焊的异种钢焊接接头,用显微硬度计测量了接头的硬度分布;用带有能谱仪的扫描电镜观察了焊接边界及熔合区的形貌,测量了沿垂直于焊接边界的成分分布;用离子薄化器制成了在熔合区可供观察的TEM样品,用带有能谱仪的透射电镜观察了从焊缝金属区,熔合区及焊接边界的组织结构变化和成分分布,结果如下: