激光功率对超高强钢复合焊接头组织与韧性的影响

对6.4 mm厚低合金超高强度钢采用激光-MAG复合焊接,研究了不同激光功率下焊接接头组织、硬度、韧性及断口形貌。结果表明,近熔合线处有大量柱状晶生成,有的甚至可以生长到焊缝中心,焊缝中心等轴晶不明显,焊缝区组织主要以板条马氏体为主;随着激光功率的增加,热影响区由粗大的板条马氏体和片状的马氏体组成,并混有少量的奥氏体;热影响区硬度最高,焊缝次之,母材硬度最低,母材靠近热影响区处有软化现象;随着激光功率的增大焊缝区和热影响区的冲击韧性都呈现出先升高后降低的趋势,当激光功率为2.0 k W时,焊缝区和热影响区都有较高的冲击韧性,其中焊缝区以韧性断裂为主并有少量准解理断口形貌出现,热影响区断口中存在较多的韧窝。     

X80管线钢多道激光-MIG复合焊残余应力分析

采用试验和数值模拟结合的方法对X80管线钢多道激光-MIG复合焊焊接过程的温度场和焊接残余应力场进行了研究,分析了激光功率对复合焊接头的显微组织、温度分布和残余应力分布的影响规律. 结果表明,激光功率增加,熔池最高温度明显上升,焊后冷却速度下降;粗晶热影响区组织中粒状贝氏体、针状铁素体增加,条状贝氏体减少. X80管线钢激光-MIG复合焊接头残余应力水平较高,纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向残余应力的拉应力峰值均出现在焊缝区. 激光功率在2.0 ~ 3.5 kW范围时,等效残余应力、纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向残余应力的峰值随着激光功率增加均出现下降趋势. 但激光功率从3.5 kW上升至4.0 kW时,各应力的峰值有所上升.     

X80管线钢及其接头的低温韧性和显微组织

分别利用示波冲击韧性试验、硬度试验和光学显微镜、透射电镜研究了X80管线钢及其焊管接头的力学性能和显微组织。试验结果表明，X80钢及其焊管接头具有良好的韧性，其中焊缝的韧性最高，焊接热影响区粗晶区因受焊接热效应引起晶粒粗化和形成脆性组织，故韧性最低。试验钢由针状铁素体和少量块状铁素体组成，焊缝为典型的针状铁素体组织，焊接热影响区粗晶区以粒状贝氏体为主。焊接热影响区熔合线附近的硬度值最高，越远离熔合线硬度值越低，并逐渐接近母材的硬度值。     

激光焊接工艺对BIM钢结构焊接接头组织与性能的影响

研究了激光功率和焊接速度对DX51D/JFE-HITEN780S不等厚钢结构钢板激光焊接接头成形质量、显微组织和硬度的影响。结果表明,激光功率在1.0 k W及以上时,焊接接头可焊透,且随着激光功率的增加,焊缝正面熔宽和背宽都呈现为逐渐增加的趋势;不同激光功率下的焊接接头焊缝区组织都为板条马氏体+铁素体,且随着激光功率的增加,板条马氏体愈发粗大,焊接接头焊缝硬度平均值呈现逐渐增加的趋势。焊接速度在1600~2400 mm/min时,焊接接头具有较好的焊接成形质量,随着焊接速度的增加,焊接接头焊缝处的正面熔宽和背面熔宽都呈现逐渐降低的特征,焊缝区板条马氏体含量逐渐减少,而铁素体含量逐渐增多,同时焊缝中心的晶粒有所细化;DX51D/JFE-HITEN780S异质钢板适宜的焊接激光功率为1.2 k W、焊接速度为2400 mm/min,此时焊接接头具有良好的焊接成形质量,焊缝区硬度较大且在热影响区中不存在软化点。     

5052铝合金激光焊接接头组织和性能研究

采用扫描电镜、显微硬度和抗拉强度等测试方法,研究了5052铝合金激光焊接接头组织和性能。研究结果表明,铝合金激光焊接接头热影响区主要为树枝晶,晶粒较为粗大;焊缝区主要为等轴晶,晶粒较母材和热影响区细小。铝合金激光焊接接头显微硬度焊缝区最高,热影响区最低。随着激光功率的增加,铝合金激光焊接接头抗拉强度先增加后降低,激光功率3.0 k W时达到最大值204.5 MPa,拉伸断口为典型的韧窝断口形貌。     

AH36激光电弧复合焊工艺试验与数值仿真研究

采用激光电弧复合焊获得了不同焊接工艺参数下的10 mm AH36钢对接焊焊接接头,分析了不同工艺参数下的焊缝成形特点、金相组织及力学性能,基于有限元软件获得了典型的激光复合焊温度场分布,并针对6 m×6 m×6 mm的大幅面板焊接变形情况进行模拟.研究发现,激光功率可以显著改变焊接熔深,并对焊缝形貌也有一定的影响;焊接电流对熔深的影响小于激光功率对熔深的影响,焊接电流对焊缝熔宽及形貌影响较大;激光复合焊焊缝区主要为针状铁素体和粒状贝氏体组织,粗晶区组织主要为粒状贝氏体、铁素体和马氏体组织;激光功率的变化对电弧区硬度影响不大,但对激光区有一定影响,焊缝硬度随激光功率的增大而增加,焊接电流的增大总体上使得焊缝区和热影响区硬度降低;约束位置对焊接变形有重要影响,约束位置距离焊缝中心越近,焊后变形量越小.     

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粗晶区是焊接接头的薄弱环节.通过对X80管线钢进行热模拟、金相显微镜和透射电镜分析后表明,粗晶区的组织主要为板条束贝氏体和粒状贝氏体;X80管线钢焊接热影响区粗晶区冲击韧性较差,存在严重脆化,粗晶区脆化是由于晶粒的粗化以及M-A组元数量增多造成的;随着t8/5的增加,粗晶区的冲击韧性和硬度随之降低;峰值温度越高,X80级管线钢的组织越粗大、韧性越低;中间临界区是焊接热影响区中另外一个韧性较薄弱的区域.     

激光功率对TiB_2增强铝基复合材料焊接接头的影响

采用脉冲激光器对厚度为2 mm的Ti B2增强铝基复合材料进行了焊接性试验,分析激光功率对焊缝成形及组织的影响。结果表明:激光功率对焊缝成形的影响较大,随着激光功率的增加,脉冲激光焊接模式由热导焊接转变为深熔焊接模式,焊缝的熔深和熔宽也随着增加,焊缝成形系数由4.19减小到0.997。当激光功率增大到5.5 k W时焊接材料被激光熔透。当激光功率为6 k W时,焊缝区域平均显微硬度值达到最大,为110.4 HV,远高于母材的硬度值,主要是由于焊缝区域弥散分布的Ti B2导致。在合适的激光功率作用下,可以获得成形良好的铝基复合材料激光焊接接头。     

焊材Ni含量对海工钢EQ47气保接头组织和性能的影响

采用高Ni和低Ni含量两种药芯焊丝对30 mm厚海工钢板EQ47进行了热输入量为17 kJ/cm的多层多道气保焊接试验,通过测试焊接接头微观组织、硬度和冲击性能,分析了Ni含量对焊缝和热影响区组织和性能的影响。结果表明,焊接接头焊缝区主要由针状铁素体（AF）和晶界铁素体构成,高Ni含量焊缝中的针状铁素体体积含量高于低Ni含量焊缝,这也导致高Ni含量焊缝相对于低Ni焊缝具有较高的硬度和低温韧性。两个焊接接头热影响区的组织类别相似,粗晶区和细晶区分别由上贝氏体,铁素体和珠光体构成,而临界粗晶区则在上贝氏体的晶界上出现了M-A组元。高Ni含量接头的粗晶区由于Ni含量高于低Ni接头,导致其硬度（249 HV0.5）高于低Ni接头粗晶区（235 HV0.5）;Ni含量的差异也导致了高Ni接头的临界粗晶区中的硬度（244 HV0.5）高于低Ni接头（233 HV0.5）,这是由于前者的M-A组元的尺寸和含量高于后者。冲击性能结果表明：高Ni含量接头热影响区的冲击性能低于低Ni含量接头,这是由于使用高Ni焊材熔入粗晶区的Ni含量更高,导致粗晶区和临界粗晶区硬度升高,韧性降低。高Ni焊材有助于焊缝区的韧性,而低Ni焊材则有利于热影响区的韧性。     

不同Nb含量X80钢管环焊热影响区的微观组织与韧性

为研究Nb含量对焊接热影响区微观组织和性能的影响,采用熔化极气体保护焊(gas metal arc welding,GMAW)和手工焊条电弧焊(shielded metal arc welding,SMAW)对0.055%Nb和0.075%Nb含量的X80钢管进行环焊.采用夏比冲击试验和金相分析方法,研究热影响区的微观组织差异和夏比冲击韧性.并借助扫描电镜和超高温激光共聚焦显微镜分析不同Nb含量X80管体的微观组织对热影响区性能的影响.结果表明,在0℃和-20℃时,0.075%Nb和0.055%Nb的X80钢管GMAW环焊接头热影响区均具有较高的冲击韧性,其平均冲击吸收能量均高于150 J.其中0.055%Nb略高于0.075%Nb的GMAW环焊接头热影响区夏比冲击吸收能量;焊接热输入较低时,0.055%Nb低于0.075%Nb的X80环焊接头粗晶区的韧脆转变温度,具有更好的低温韧性.焊接热输入较高时,0.075%Nb的X80环焊接头粗晶区具有更高的上平台冲击吸收能量,且上平台温度和韧脆转变温度也更低,其低温韧性也更优异;还发现了X80环焊接头热影响区的冲击韧性不仅与热输入量和热影响区...     

10Ni3CrMoV钢CO2激光多层焊的接头组织与性能

与传统电弧焊相比,激光焊接厚板优势明显。采用纯激光焊和激光电弧复合焊等多道焊接技术实现了28 mm厚10Ni3CrMoV钢的高效焊接,采用光学显微镜分析焊缝、热影响区和焊缝重叠区的组织,激光复合焊缝组织主要为针状铁素体,纯激光焊缝、粗晶区和细晶区组织主要为板条马氏体,激光复合焊缝重叠区组织为粒状贝氏体+马氏体,纯激光焊缝和激光复合焊缝重叠区组织为马氏体+少量粒状贝氏体。测试了焊接接头的力学性能,结果表明,激光复合焊缝金属的冲击韧性较高,焊接接头的抗拉强度和屈服强度与母材相当,延伸率略小于母材,焊接接头的最大硬度小于360 HV,弯曲性能合格。     

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。     

X80管线钢热丝TIG焊接接头显微组织和力学性能

采用热丝TIG焊对X80钢板进行对接,并研究了接头的显微组织和力学性能。结果表明:焊缝区主要为针状铁素体(AF)组织,热影响区粗晶区主要为贝氏体铁素体(BF)和粒状贝氏体(GB)组织,细晶区主要是多边形铁素体(PF)和少量贝氏体组成;焊接接头的平均抗拉强度为643 MPa,断裂在母材区;在-30℃时焊缝区的冲击吸收功高于热影响区,焊缝主要是韧脆混合断裂为主,而HAZ主要以脆性断裂为主。焊缝区的硬度较高,焊接接头HAZ存在硬化和软化现象。     

Q690C低碳粒贝钢多层MAG焊接头组织与性能

为提高效率、获得理想断裂位置并改善热影响区韧性,对控扎控冷工艺生产的8 mm厚Q690C低碳粒贝钢,选用等强度匹配的焊丝,采用无预热、低热输入(10 kJ/cm以下)三层全自动MAG工艺施焊.结果表明,无裂纹与成形缺陷;拉、弯与冲击性能均合格.焊缝为针状铁素体,韧性优异;仅在较窄的部分相变区(单道约0.2~0.4 mm)因回火而出现软化,但未对抗拉性能形成危害;因热输入低,拉伸断裂位置距焊缝更远;虽然熔合区与粗晶区为粗大平行上贝板条束+M-A组元,出现了硬化,但低热输入的低过热效果与两次后续焊道对贝氏体基体的明显回火作用改善了熔合区在0℃的冲击韧性.     

微合金EH40型船板钢大热输入焊接接头组织和力学性能

通过拉伸、冲击、硬度力学试验和接头微观组织分析,对EH40船板钢大热输入埋弧焊的焊接性和接头性能进行了试验分析.结果表明,以热输入为40 kJ/cm和60 kJ/cm焊接,焊接热影响区粗晶区冲击吸收功值均最低,分别为116 J和80.5 J;焊接接头的强度均高于母材,焊接热影响区均未出现焊接软化区.当焊接热输入为40 kJ/cm时,粗晶区组织主要为板条贝氏体、粒状贝氏体、少量的块状铁素体,而焊接热输入为60 kJ/cm时,板条贝氏体明显减少,块状铁素体增多,并出现少量针状铁素体.Ti,Nb合金元素的碳氮化合物第二相粒子,在大焊接热输入时,很大程度上阻止粗晶区奥氏体晶粒的长大,改善了该区域的冲击性能.     

严寒条件下X80钢管道全自动外焊焊缝组织与性能

在?30 ℃严寒环境下进行了X80管线钢MAG电弧多层多道焊接试验，研究了22 mm厚管线钢焊接接头的显微组织、拉伸性能、显微硬度以及低温冲击韧性. 结果表明，在严寒条件下采用高强韧焊丝获得的接头，其焊缝组织组成主要为针状铁素体和先共析铁素体，粗晶区存在大量板条状贝氏体铁素体；焊接接头硬度呈“M”形分布，粗晶区的大量板条状贝氏体铁素体是该区域显微硬度值最大的主要原因；焊接接头的平均抗拉强度为684 MPa，具有延性断裂的典型特征；接头韧性薄弱区集中于焊缝区域，其平均冲击吸收能量为83 J. 与常温焊接相比，由于严寒条件焊接提高了冷却速度，促进了针状铁素体和M/A岛状组织的析出，严寒条件下接头的抗拉强度和显微硬度增加，但焊缝区域低温断裂韧性显著下降；同时，严寒条件下施焊更易产生气孔缺陷.     

08Ni3DR钢焊接接头最薄弱区域与冲击韧性之间的关系

低温压力容器08Ni3DR钢在极低温度下(-100℃)具有较好的强韧性匹配,在实际工程应用中,保障焊接接头的低温冲击韧性一直是压力容器制造过程中的难题之一。对于实际的焊接接头,最薄弱区域的确定以及最薄弱区域的影响对焊接接头的表征具有重要的意义。通过将夏比V型缺口开在母材、焊缝、热影响区不同位置处,系统研究了08Ni3DR压力容器钢焊接接头的组织和韧性。结果表明:焊接接头韧性最薄弱区域为粗晶热影响区,其粗晶热影响区的显微组织为粗大的粒状贝氏体和板条贝氏体组成的复合组织。粗晶热影响区宽度在缺口尖端前沿所占比例越高,试样的冲击吸收能量越低。当粗晶热影响区宽度所占比例达到100%时,冲击吸收能量为27 J,相比于母材冲击韧性损失高达90.7%。以上两个方面充分体现出焊接接头最薄弱区域对冲击韧性有很大的影响。     

超细晶Q460钢CO2气体保护焊焊接接头组织与性能

采用CO2气体保护焊选择ER55-G焊丝焊接了超细晶Q460钢,研究了焊接接头显微组织、断口形貌以及力学性能。结果表明,焊缝主要由铁素体和少量珠光体构成,焊缝中大量针状铁素体的生成有利于提高焊缝金属的强度和韧性。焊接接头热影响区粗晶区为贝氏体组织,相变重结晶区和不完全重结晶区未出现软化现象。焊缝金属同热影响区冲击断口均为韧窝状韧性断裂,由于超细晶Q460钢材质的高度纯净化以及焊接过程中较小线能量的选择,焊接接头热影响区表现出优异的冲击韧性。