轴向压力对异种钢水下摩擦锥塞焊接头组织及力学性能的影响

在X52管线钢上采用Q345塞棒进行水下摩擦锥塞焊工艺试验研究，讨论轴向压力对塞焊接头组织和力学性能的影响. 结果表明，对给定7 000 r/min焊接转速在30 kN轴向压力下，塞焊缝底部圆角过渡处易产生未结合缺陷，随着轴向压力增加达到35 kN以上，可以获得完全结合的致密塞焊缝，焊缝顶锻区及底部圆角过渡处的热影响区也不断扩大. 由于水介质快速冷却作用，焊缝区组织特征比较复杂，主要由板条状马氏体和板条状贝氏体组成，硬度分布不均匀并产生明显淬硬现象其硬度可达450 HV1. 在0 ℃下焊缝中心冲击吸收能量也会随着轴向压力的增加而不断提高，最高可以达到62 J，但远低于母材的267 J.     

Q345/316L异种钢焊接残余应力与变形数值模拟

文中基于SYSWELD有限元分析软件对Q345/316L异种钢焊接过程的瞬态温度分布、残余应力及变形进行了数值模拟,并通过试验对其模拟结果进行了验证. 试验测量结果与数值模拟结果吻合良好,证明了利用SYSWELD模拟异种钢焊接的可靠性. 结果表明,异种钢焊接温度场呈不对称分布,Q345侧的高温区域范围更大. 不论是横向残余应力还是纵向残余应力,沿焊缝方向均呈帽状分布且在焊缝中部位置存在最大残余应力;在垂直于焊缝中央截面上,纵向残余应力与横向残余应力在焊缝和焊缝附近区域分布是不连续的,存在较大的应力梯度且应力状态也较复杂,而最大残余应力出现在Q345侧的熔合线处. 不同的热输入下模拟结果表明,在保证焊接接头质量的前提下,最好采用小热输入的焊接工艺.     

等离子弧焊Q345B和430不锈钢异种接头的微观组织与性能

摘要： 采用等离子弧焊对3 mm厚的Q345低合金钢与430不锈钢进行异种钢焊接,并对接头微观组织、力学性能及耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,当转弧电流为100 A时,等离子弧焊Q345B/430异种钢接头的焊缝组织为均匀分布的马氏体及针状铁素体,焊接接头综合性能优良。随着电流的增大,焊缝组织转变为粗大板条马氏体及铁素体。两侧热影响区组织均发生一定程度的粗化,且Q345B侧热影响区出现魏氏组织。焊接接头于焊缝处显微硬度最大,不同转弧电流条件下异种钢显微硬度分布趋势大致相同。不同转弧电流下,焊接接头抗拉强度均与430不锈钢相近,且均断裂在靠近焊缝的430母材侧,转弧电流为100 A时接头抗拉强度最大值427 MPa。焊接接头的耐腐蚀性能与焊接电流呈负相关趋势。 创新点： 试验结果为铁素体低合金钢与铁素体不锈钢异种钢接头的应用提供了工艺数据与支撑。     

异种钢电阻塞焊工艺优化及接头性能分析

采用一种新型复合焊接工艺——电阻塞焊对1.5 mm等厚TRIP980高强钢/SPCC低碳钢板进行焊接,利用正交试验优化其焊接参数,随后增加焊前预热,分析对比无预热和焊前预热两种条件下较优焊接参数时接头的力学性能及组织、硬度特点.结果表明,各焊接参数对接头的拉剪载荷影响程度由大到小依次为焊接电流、填充物直径、焊接时间及电极力;在电极头端面直径为8 mm的条件下,填充物直径为5.5 mm时的接头力学性能优于其它直径;相同焊接参数时,焊前预热塞焊接头的拉剪载荷比无预热提高7%以上;两种条件下较优焊接参数时,焊前预热塞焊接头的熔核偏移量小于无预热,熔核和熔合区的硬度比无预热时有所下降,熔合区脆硬马氏体组织比无预热少;焊前预热塞焊接头断口为韧性断裂,无预热塞焊接头断口为脆性断裂;其主要机理是,预热减小了熔核区金属过热倾向,使熔核扩展均匀,熔合区脆硬组织减少,有利于接头强度的提高.     

Q345/SUS304异种钢对接接头残余应力和变形的分析

以ABAQUS软件为平台,开发了热-弹-塑性有限元计算方法用于模拟Q345/SUS304异种钢多层多道焊对接接头的温度场、残余应力和焊接变形. 同时,采用试验方法测量了焊接接头的残余应力、横向收缩和角变形. 计算得到的残余应力、横向收缩和角变形与实测值吻合良好,验证了计算方法的妥当性. 结果表明,Q345母材与焊缝交界处的应力分布有明显的不连续性,靠近交界处Q345侧的较窄范围内纵向拉伸应力明显低于该区的两侧;SUS304侧的高纵向拉伸应力区明显宽于Q345侧. 此外,试验和数值分析表明,Q345/SUS304异质接头有较明显的角变形.     

Q235钢板与6082铝合金搅拌摩擦焊工艺

通过对Q235钢板和6082铝合金进行搅拌摩擦焊接,并用正交试验对搅拌摩擦焊工艺参数进行优化. 结果表明,焊接过程中,将钢板放在返回侧,铝板放在前进侧[1],离搅拌针较近的钢侧金属发生软化,并且在轴肩横向切应力作用下形成短"钉子",最终在搅拌针的旋转作用下填充到搅拌针后方形成的空腔内,当下压量为0.2 mm时,比较容易得到优质的焊缝;搅拌针旋转速度为260 r/min,焊接速度为16 mm/min,针头偏向铝侧0.2 mm时,所得焊缝的抗拉强度为141.204 MPa,断裂发生在铝侧焊核区与热力影响区的交界处;钢侧热机影响区的硬度比母材高,而铝侧热机影响区比母材低.     

架桥机大臂钢板开裂分析

架桥机大臂钢板在使用过程中发现表面呈方形开裂,但远未达到设计使用寿命。钢板材料为低合金结构钢Q345,其综合力学性能良好。为了弄清钢板开裂原因,通过宏观观察、扫描电镜及能谱仪分析、光学显微分析等对开裂钢板进行了深入探讨,结果表明:钢板失效属于疲劳断裂,疲劳起源于焊缝夹渣,并沿着方形焊缝路径扩展。焊缝中亦存在马氏体组织,马氏体组织较脆,裂纹遇到这种组织也较容易扩展。因此,在循环使用应力作用下,起源于焊渣的疲劳裂纹沿焊缝不断扩展,最终导致钢板呈方形断裂失效。可通过改善焊接工艺、增加焊接线能量以及焊前预热处理等途径来防止裂纹产生。     

921A钢激光-MAG复合焊接头组织及性能

针对6 mm厚的921A钢板,采用激光-MAG复合焊接工艺进行对接焊试验,并对焊接接头的显微组织、硬度、拉伸性能、耐腐蚀性能等进行了分析。结果表明,采用激光-MAG复合焊工艺可获得成形连续美观的焊接接头,无未熔合、裂纹、气孔等缺陷;焊缝组织为针状铁素体、少量沿晶界析出的先共析铁素体及长条状贝氏体,热影响区组织为马氏体;焊接接头的拉伸性能和冲击性能均符合国家标准要求,焊缝强度高于母材,但塑韧性低于母材。峰值硬度在热影响区,为315 HV,焊缝硬度约为280 HV,符合最高硬度不得超过410 HV的规定。焊缝耐电化学腐蚀性能最强,母材次之,热影响区最低;激光和MAG电弧2种热源共同作用区域的组织分布更加均匀,硬度及耐腐蚀性能较激光单独作用区域有了明显改善。 创新点： 采用激光-MAG复合焊实现了6 mm厚度921A钢板无缺陷对接焊的一次焊接成形。焊缝晶粒更加细化,分布更加均匀;焊缝抗拉强度、硬度、电化学腐蚀性能均高于母材,冲击吸收能量满足船级社要求。     

TRIP800高强度钢激光焊工艺

针对TRIP800高强度钢进行激光焊接工艺研究。实验结果表明:1.8 mm厚的TRIP800高强度钢在纯度大于99.9%的氩气保护下,采用光纤激光器焊接,在焊接速度7 mm/s、激光功率570 W、离焦量0 mm的工艺参数条件下可以获得优质的焊缝;焊接接头的抗拉强度660 MPa,断裂方式为塑性断裂。最佳工艺参数条件下的焊缝硬度呈现"M"形分布,接头的最高硬度出现在热影响区,焊缝区硬度较高,母材硬度最低。     

ULCB钢电子束穿透焊组织与性能

为了进一步探索ULCB钢的焊接性能,采用真空电子束穿透焊不同束流强度对14 mm钢板对接接头进行了焊接,通过焊缝形貌比较,束流强度为100 mA时,接头焊缝成形最好,选取该接头做了拉伸、硬度、冲击试验及金相组织分析.结果表明,拉伸试样的断裂区域在母材区,抗拉强度为761 MPa、屈服强度为669 MPa,硬度范围在270~330 HV;冲击试样的断裂区域在热影响区,焊缝区平均冲击功为288 J,热影响区平均冲击功为273 J;接头显微组织中,焊缝区和热影响区产生了α'马氏体相,使焊缝区和热影响区产生相变强化,导致焊接接头的强度和硬度均高于母材.     

V形坡口和K形坡口Q345/SUS304异种钢对接接头残余应力和变形

以ABAQUS软件为平台,开发热-弹-塑性有限元方法模拟了V形坡口和K形坡口Q345/SUS304异种钢多层焊对接接头的温度场、残余应力和焊接变形.同时采用试验的方法测量了接头的残余应力和角变形.计算结果与试验测量结果吻合良好,验证了计算方法的妥当性.数值结果表明,不同坡口Q345/SUS304异种钢接头的Q345母材与焊缝交界处的应力分布均出现不连续性,且SUS304侧的高拉伸残余应力区明显宽于Q345侧;K形坡口开口朝向Q345侧相较于开口朝向SUS304侧的接头,Q345/焊缝交界处附近的峰值应力和高拉伸残余应力区均明显较小.试验和数值结果表明,坡口形式对接头的角变形有明显的影响.     

铜/钢异种金属搅拌摩擦焊搭接工艺

采用SKD61模具钢搅拌头对2 mm厚铜/钢异种金属进行搅拌摩擦焊搭接,分析了搭接接头微观组织和力学性能. 结果表明,当搅拌针与钢母材直接接触时,随焊接过程的进行搅拌针不断磨损甚至发生断裂. 焊核区前进侧出现流线区域,在搭接界面结合处形成机械冶金结合. 显微硬度测试显示,铜侧焊核区硬度最高,在搭接界面处硬度分布呈中间高两边低的趋势,接头厚度方向搭接界面处硬度最高. 形成良好结合的搭接接头在拉剪试验中断裂于铜侧热影响区,拉伸断口存在大量韧窝,呈典型韧性断裂模式.     

Towards attaining dissimilar lap joint of CuCrZr alloy and 316L stainless steel using friction stir welding

CuCrZr alloy (Cu-0.8wt-%Cr-0.1wt-%Zr) and 316L stainless steel (Fe-0.03wt-%C-16wt-%Cr-10wt-%Ni) plates were successfully friction stir lap welded resulting in significant mechanical mixing of the two matrix elements, Cu and Fe, in the stir zone. The severe mixing not only led to improved load bearing response but also leads to form Cu-rich and Fe-rich regions in the weld nugget. The formation of these phases governs the failure mechanism of the joint. Tensile properties of the weld showed promising response when compared with joints made for the similar alloy pair by other welding techniques. This suggests strong feasibility of applying FSW for joining Cu and steel for nuclear applications.     

高强度桥梁钢焊接冷裂纹敏感性研究

通过冷裂纹敏感指数计算、热影响区最高硬度实验和斜Y型坡口实验分析了高强度桥梁钢Q460q的焊接冷裂纹敏感性。结果表明:Q460q冷裂纹敏感指数Pcm=0.17%,不产生冷裂纹的预热温度为60℃;常温和预热60℃条件下的热影响区最高硬度分别为282 HV和271 HV,均小于最大允许硬度410 HV;斜Y型坡口实验在室温条件下焊接时,焊缝表面裂纹率为0,平均断面裂纹率为7.8%,在60℃预热条件下焊接时,焊缝表面和断面裂纹率均为0。以上三种实验结果均表明高强度桥梁钢Q460q焊接冷裂纹敏感性较低。     

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对H300LA和H420LA热轧原料钢激光焊接组织性能进行探讨。采用激光焊机对热轧原料钢进行了焊接试验,采用扫描电子显微镜观察焊缝组织,使用维氏硬度计进行焊缝力学性能测试,利用杯突试验进行焊缝的深冲压性能测试。结果表明:焊接接头组织均为柱状晶粒,遵循凝固理论。H300LA焊缝组织以针状铁素体和低碳马氏体为主,热影响区以条块状铁素体和珠光体为主;H420LA焊缝组织以层片状珠光体和低碳马氏体为主,热影响区以铁素体、珠光体和低碳马氏体为主。在垂直于激光焊接焊缝方向呈现3个区域:焊缝区、热影响区和基体;在平行于激光焊接焊缝方向上,焊缝中心区域硬度值无明显变化。焊缝均具有良好的深冲压性,未出现裂纹延焊缝扩展的现象。     

Microstructure and Mechanical Properties of RAFM-316L Dissimilar Joints by Friction Stir Welding with Different Butt Joining Modes

Dissimilar welded joints of reduced activation ferritic/martensitic (RAFM) steel and 316L austenitic stainless steel were prepared by friction stir welding with different butt joining modes and welding parameters. The weld quality of the joint was improved by placing the 316L steel on the advancing side and the RAFM steel on the retreating side, and using a relatively high rotational speed of 400 rpm. The microstructure of the stir zone on the 316L steel side consisted of single-phase austenite, and the microstructure of the stir zone on the RAFM steel side mainly consisted of lath martensite and equiaxed ferrite. A mechanical mixture of the two steels and diffusion of Cr and Ni could be detected near the bonding interface. Diffusion of Ni from the 316L steel to the RAFM steel resulted in the formation of a dual-phase structure consisting of austenite and ferrite. The as-welded joints showed good strength and ductility at room temperature and 550 °C, which were nearly equal to those of the 316L base material. The heat-affected zone on the RAFM side had the lowest impact toughness throughout the weld with a value of 13.2 J at - 40 °C, ~ 52% that of the RAFM base material.     

A517Q齿条钢的焊接性

通过斜Y坡口焊接裂纹试验、焊接热影响区最高硬度试验和焊接接头力学性能试验,系统地研究了A517Q齿条钢的焊接性. 结果表明,在拘束焊接时,A517Q齿条钢的焊接冷裂纹敏感性随钢板厚度由30 mm增大至60 mm而增大;提高预热温度有助于降低该钢的焊接冷裂倾向和热影响区的淬硬程度. 177.8 mm厚A517Q齿条钢板的焊接接头具有高强度和高韧性,能够满足使用性能要求;焊接热影响区的显微组织以低碳板条马氏体和板条贝氏体为主,该区硬度明显高出焊缝区和母材区,淬硬倾向较大,存在一定的冷裂风险.     

不锈钢/碳钢TIG焊熔池表面流动行为

为研究异种钢在钨极惰性气体保护焊过程中的熔池表面流动行为,以粒子示踪法为基础,通过激光熔池表面反射的方法,对304不锈钢/Q235碳钢、316L不锈钢/Q235碳钢焊接过程中熔池表面液态金属的流动行为进行了研究,分析了熔池表面示踪粒子的运动趋势,并以此为依据计算了熔池表面液态金属的流动速度.结果表明,在不锈钢/碳钢的TIG焊过程中,熔池表面的液态金属存在从不锈钢侧流向碳钢侧的流动行为.其中,示踪粒子在304不锈钢/Q235碳钢的焊接熔池表面平均流动速度约为25.3 mm/s,在316L不锈钢/Q235碳钢的焊接熔池表面平均流动速度约为21.6 mm/s.     

LF2铝合金与Q235钢加入中间Cu层电子束焊接接头组织及形成机理

对2 mm厚的LF2铝合金和Q235钢平板试件进行了加入中间过渡层金属Cu的电子束对接焊接试验,利用光学金相、扫描电镜及能谱分析等方法研究了接头各区域的组织结构和成分分布.结果表明,接头可分为三个焊缝组织区域,其中靠近钢侧的焊缝区主要为Fe基固溶体,并含有少量金属间化合物;靠近铝侧的焊缝区为含有Fe-Al系及Al-Cu系金属间化合物的Al基固溶体;焊缝中部区为呈层带状分布的多种Fe-Al以及Al-Cu脆性金属间化合物混合区.分析认为虽然引入了铜过渡层,但在焊缝中依然有较多金属间化合物生成,特别是焊缝中部区域上,呈连续层带状分布的多种脆性金属间化合物的产生是影响接头强度的主要因素.在对接头组织结构分析的基础上,建立了描述LF2/Q235异种金属电子束对接接头形成过程的物理模型.     

Q345型中厚钢板拼接中优化焊缝的工艺措施

从焊材的合理选择、焊接方法的合理选用、坡口形式的合理制定、焊接过程控制、采用多层多道焊接、制定合理的焊接顺序等方面,介绍了Q345型中厚钢板拼接中优化焊缝的工艺措施.