一种超细晶粒钢焊接宽板抗断裂性能的数值评估

800 MPa超细晶粒钢具有优良的综合力学性能,但焊接热作用可能导致焊接热影响区的晶粒长大及局部软化。通过数值分析方法,以800 MPa超细晶粒钢母材性能为参照,对其实际焊接接头的抗断裂性能进行了评估。采用MARC商用软件,对不同中心贯穿裂纹尺寸的母材及其实际焊接接头拉伸板模型进行了三维有限元计算和拉伸过程模拟。焊接方法为脉冲熔化极混合气体保护焊,焊接板的中心裂纹处于焊缝与热影响区之间的熔合区。用作对比的母材板的裂纹尺寸和位置、网格划分、边界条件等与焊接板完全相同。根据计算结果,分析了焊接接头力学不均匀性对应力应变场的影响,并依据全面屈服理论对裂纹张开位移(CTOD)值进行了分析。结果表明,焊接接头的CTOD值均低于同裂纹尺寸的全母材。因此,该拉伸板的抗断裂性能应优于全母材,焊接接头的局部软化并未对结构承载造成不利影响。     

热影响区软化焊接接头流变行为及抗拉强度预测

细晶粒钢焊接接头热影响区晶粒粗化引起的屈服应力的局部下降，对接头承载能力的影响需要做出定量评价．用有限元分析方法发现，热影响区软化焊接接头的拉伸试样．在屈服后的流变过程中，与热影响区相邻的焊缝区和母材区的Mises等效应力升高，分布规律符合指数函数规律，而在热影响区则相应减小，这种变化满足力的平衡条件．在此基础上提出了预测强度不均匀接头抗拉强度的方法．其预测结果与有限元分析有很好的一致性，可用于热影响区软化焊接接头抗拉强度的预测和高匹配接头抗拉强度的设计．     

700MPa级超细晶粒钢抽油杆摩擦焊性能分析

利用摩擦焊对700 MPa级超细晶粒钢抽油杆进行焊接。试验结果表明:超细晶粒钢具有良好的摩擦焊焊接性,但需要严格控制其工艺参数。选取焊接工艺参数为摩擦压力60 MPa、摩擦时间3 s、顶锻压力120 MPa、顶锻时间1 s时,可有效抑制晶粒长大。摩擦时间是影响轴向缩短量的最主要工艺参数。超细晶粒钢摩擦焊接头主要由焊缝、热力影响区和热影响区组成。热影响区出现了轻微的晶粒长大,最大晶粒直径为9~11μm;摩擦焊接头HAZ显微硬度较母材降低4.13%,拉伸强度最高可达715 MPa,断面伸长率22%,断面收缩率68%,冲击韧性可达98 J,呈典型的韧性断裂。     

超高强度钢焊接接头断裂行为预测

测试了D406A钢母材和热影响区表面裂纹断裂韧度,比较了母材与热影响区断裂韧度概率分布,分析了非匹配对接头断裂韧性的影响.根据局部法由母材表面裂纹试样的断裂韧度值,得出威布尔形状参数和尺度参数,再根据该参量对热影响区表面裂纹试样的断裂行为进行了定量预测,预测结果与试验结果吻合很好,表明局部法能很好地描述超高强度钢焊接接头的断裂行为.     

关于特殊材料(14MnMoV)的焊接

14MnMoV是低合金高强度钢,其屈服强度为σs≥490MPa级钢,特点为焊接热输入越大,晶粒涨大趋势越明显,涨大程度越严重。在HAZ粗晶区不存在软化问题,接头拉伸试验断在远离热影响区的母材上。     

非等强焊接接头的屈服载荷

焊接接头热影响区软化是TMCP钢不可避免的问题.为分析这种接头的承载能力,利用滑移线场的变形机制,考虑焊缝和热影响区的强度相对于母材的变化,以及它们的宽度相对于板厚的变化,给出了包含有焊缝、热影响区和母材的拉伸试样屈服载荷的计算方法.计算结果表明,热影响区的硬化或软化及其宽度对接头屈服载荷有直接的影响.热影响区软化的焊接接头承载能力可以通过提高焊缝强度来补偿.该分析方法适于TMCP钢焊接接头焊缝强度的初步设计.     

非等强焊接接头屈服行为及屈服强度预测

细晶粒钢焊接接头热影响区晶粒粗化引起的屈服应力的局部下降,对接头安全性的影响需要做出定量评价.有限元分析发现,热影响区软化的对接接头的平板拉伸试样,在热影响区相邻的焊缝区和母材区,Mises等效应力升高,分布规律符合指数函数规律,而在热影响区相应减小,这种变化满足力的平衡条件.在此基础上提出了预测接头屈服强度的方法,其预测结果与有限元分析有很好的一致性.这种方法可用于热影响区软化焊接接头屈服强度的预测和高匹配接头的强度设计.     

焊后多次正火对超细晶粒钢热影响区组织与硬度的影响

为研究400 MPa级超细晶粒钢焊接接头热影响区粗晶区的晶粒细化行为,对其空冷与水冷接头均进行了3次焊后正火热处理.组织观察表明:第1次正火后粗晶区晶粒明显细化,但细晶区和母材区的晶粒均比正火前的稍微粗大,第2次与第3次正火并不能进一步细化晶粒;冷却条件对热影响区组织的影响并不十分显著.显微硬度测试表明:第1次正火使接头硬度大幅度降低,甚至低于母材的原始硬度,后续正火对硬度的影响较小;在所有试样中,仅水冷接头第1次正火后的热影响区硬度与原始母材及母材区的硬度接近.由于焊后多次正火并不能使热影响区晶粒进一步细化,反而使其有粗化与软化的趋势,故应避免焊后多次正火处理.     

AZ31镁合金氩弧焊接接头组织与力学性能研究

钨极氩弧焊(TIG)为镁合金焊接中最常用的一种焊接方法。本文采用直流钨极氩弧焊对6.0 mm厚AZ31镁合金挤压板材进行了双面焊接实验。采用光学显微镜、扫描电镜、拉伸试验机考察分析了焊接接头显微组织与力学性能。显微组织分析表明,AZ31镁合金直流TIG焊接头由母材、热影响区、焊缝区组成,焊缝组织呈现焊丝熔化后凝固组织;在母材热影响区与焊缝区之间坡口处形成过渡区,晶粒细小,为母材与焊丝的熔合区。采用AZ31焊丝焊接接头平均抗拉强度为241.0 MPa,延伸率为13.8%,分别达到了母材的86.0%和63.6%。焊接接头的断裂均位于热影响区,断口呈现韧脆混合断裂特征。     

低合金高强钢的焊接工艺与组织性能研究

研究了焊接热输入对S700MC钢焊接接头宏观形貌、硬度、拉伸性能、冲击性能和冷弯性能的影响,优化了S700MC钢的连接工艺。结果表明, 4种焊接工艺下焊接接头都成形良好,不同焊接道次的各区域都没有发现焊接缺陷;随着焊接热输入从焊接工艺Ⅰ增加至焊接工艺Ⅳ,焊缝区宽度和焊缝区两侧软化区宽度都有所增加,焊接接头抗拉强度与母材抗拉强度比从99.17%减小至92.57%,而强塑积则先增后减,在焊接热输入为18.24 KJ/cm时取得最大值,且4种焊接工艺下焊接接头的拉伸断裂位置都处于热影响区。焊接接头的-20℃冲击功随着焊接热输入增加而先增大后减小,在焊接热输入为18.24 KJ/cm时取得最大值。焊接线能量为18.24KJ/cm时, S700MC钢焊接接头具有最佳的综合力学性能,可为作为钢结构适宜的焊接工艺。     

HRB500E高强度抗震钢筋焊接性能

国内某厂通过铌微合金化和控冷工艺开发试制HRB500E高强度抗震钢筋,采用金相显微镜、维氏硬度计、闪光焊接、疲劳试验机及力学性能测试,对HRB500E钢筋焊接样力学性能、HV5硬度、金相显微组织、焊接接头强度及疲劳强度进行了试验研究。结果表明:焊接前后焊件和母材强度变化小于5 MPa,强度变化不大,焊件拉伸断口远离焊缝,为延性断口,焊接性能良好;在焊接热循环作用下,焊接接头焊缝、热影响粗晶区、热影响细晶区的表层和芯部经历奥氏体化后再结晶,其组织和硬度变化不大;混晶区至母材表层和芯部则经历不完全奥氏体化后的再结晶,母材芯部组织为F+P+B、表层组织为S,表层硬度HV5高于芯部硬度30 HV5,其组织和硬度变化较大;焊接接头的抗拉断负荷从焊缝到混晶区逐渐减小,焊缝和热影响粗晶区的抗拉断负荷比母材的高;采用国际焊接学会推荐的FAT75疲劳设计曲线对钢筋焊接接头疲劳强度设计是安全的。     

焊接速度对双相钢激光焊接接头组织和性能的影响

为提高汽车车身用双相钢(DP钢)激光焊接构件在动态载荷下应用的可靠性,研究焊接速度对1.4 mm厚DP780钢脉冲激光焊接接头组织和不同应变速率下拉伸性能的影响规律.结果表明,不同激光焊接速度下DP780钢接头均存在熔合区硬化和外侧热影响区软化现象,随焊接速度增加,接头的软化程度降低.接头的强度随应变速率增加而增加,抗拉强度和断裂延伸率随焊接速度增加呈先增加后减少的趋势.当焊接速度为400 mm/min时,接头表面成形性好、熔深和熔宽适中、无焊接缺陷、外侧热影响区软化程度最低(软化率为9%),熔合区硬度适中,接头整体强度和塑性指标达到最佳值.     

Q&P1180高强钢激光焊接头的抗氢脆性能研究

采用激光焊技术对汽车用Q&P1180高强钢进行焊接试验,分析焊接工艺参数对激光焊接头组织演变和性能的影响。选择综合力学性能较好的试样进行低应变速率拉伸试验,研究激光焊接头不同区域的微观组织对Q&P1180高强钢氢脆敏感性的影响。结果表明,当激光功率为2.5～3.5 kW、焊接速度为4.0 m/min(或激光功率为3.0 kW,焊接速度为3.6～4.2 m/min)时,Q&P1180高强钢激光焊获得了全焊透及表面成形良好的接头。不同激光功率和不同焊接速度下,焊缝区和热影响区的硬度均高于母材区的,且在焊缝的两边都存在一个软化区。在激光功率为3.0 kW、焊接速度为4.0 m/min时,激光焊接头的综合性能最佳。在预充氢的慢应变速率拉伸试验中,随着充氢电流密度的增大或充氢时间的延长,其抗拉强度和塑性逐渐下降。其中,当充氢电流密度为2 mA/cm²、充氢时间为5 min时,氢脆敏感性因子为78.0%,具有较高的氢脆敏感性。     

厚规格汽车轮辐用钢的焊接性能

为了研究含Nb微合金控轧控冷厚规格汽车轮辐用钢的焊后组织、性能、冷裂纹敏感性及微合金元素对焊接性能的影响,采用理论计算评定试验钢的冷裂敏感性和淬硬倾向;利用直流氩弧工艺,模拟车轮厂焊接工艺参数,对钢板进行焊接.利用光学显微镜和电子显微镜研究试验钢板焊后接头的微观组织结构;并对接头的力学性能进行研究.试验结果表明,厚规格汽车轮辐钢的热影响区(HAZ)冷裂倾向小;微合金元素Nb的加入提高了焊接热影响区性能;焊接后各部位组织、性能未发生明显改变.可得出结论:厚规格汽车轮辐钢的焊接性能较好.     

摩擦焊接碳钢（EN24）和镍基高温合金（IN718）的显微组织和力学性能

Continuous-drive rotary friction welding was performed to join cylindrical specimens of carbon steel (EN24) and nickel-based superalloy (IN718), and the microstructures of three distinct weld zones—the weld interface (WI)/thermo-mechanically affected zone (TMAZ), the heat-affected zone (HAZ), and the base metal—were examined. The joint was observed to be free of defects but featured uneven flash formation. Electron backscatter diffraction (EBSD) analysis showed substantial changes in high-angle grain boundaries, low-angle grain boundaries, and twin boundaries in the TMAZ and HAZ. Moreover, significant refinement in grain size (2–5 μm) was observed at the WI/TMAZ with reference to the base metal. The possible causes of these are discussed. The microhardness profile across the welded joint shows variation in hardness. The changes in hardness are ascribed to grain refinement, phase transformation, and the dissolution of strengthening precipitates. The tensile test results reveal that a joint efficiency of 100% can be achieved using this method.     

Microstructure and mechanical properties of friction-stir welded St52 steel joints

The aim of this work is to investigate the mechanical properties and microstructures of friction-stir welded (FSWed) St52 structural steel joints. In this study, St52 steel plates with a thickness of 4 mm were butt-welded by friction-stir welding (FSW) using a tungsten carbide tool having a conical pin. The microstructure of the welded zone consists of equiaxed fine ferrite, grain boundary ferrite, Widmanstatten ferrite, and aggregates of ferrite + cementite. The microhardness measurements showed that the hardness of the welded zone was significantly higher than that of the base metal. The FSWed St52 joint exhibited a significant strength overmatching in the weld region and a strength performance similar to or slightly higher than that of the base plate.     

细晶粒钢热影响区软化焊接接头的力学性能

焊接接头热影响区软化是细晶粒钢焊接时普遍存在的问题.用有限元分析方法,从屈服强度和抗拉强度两个方面对热影响区软化的焊接接头的力学性能进行分析.分析结果表明,与接头的屈服强度相比,热影响区软化对接头的抗拉强度有较大的影响;软化的热影响区的屈服应力和宽度较焊缝对接头的抗拉强度有较大的影响,而且存在临界值,超过它们时,使接头的抗拉强度明显降低;增加焊缝的屈服应力可以改变临界点,提高热影响区软化焊接接头的屈服强度和抗拉强度.而且发现,试样的长度对测定热影响区软化的焊接接头的抗拉强度没有影响,而对其屈服强度的确定有一定影响.     

Effect of welding parameters on the heat-affected zone of AISI409 ferritic stainless steel

One of the main problems during the welding of ferritic stainless steels is severe grain growth within the heat-affected zone (HAZ). In the present study, the microstructural characteristics of tungsten inert gas (TIG) welded AISI409 ferritic stainless steel were investigated by electron backscattered diffraction (EBSD), and the effects of welding parameters on the grain size, local misorientation, and low-angle grain boundaries were studied. A 3-D finite element model (FEM) was developed to predict the effects of welding parameters on the holding time of the HAZ above the critical temperature of grain growth. It is found that the base metal is not fully recrystallized. During the welding, complete recrystallization is followed by severe grain growth. A decrease in the number of low-angle grain boundaries is observed within the HAZ. FEM results show that the final state of residual strains is caused by competition between welding plastic strains and their release by recrystallization. Still, the decisive factor for grain growth is heat input.