不锈钢水下激光焊接焊缝成形与力学性能

摘要： 采用水下局部干法激光焊接技术对1 mm厚SUS304不锈钢进行了焊接试验,重点分析了水深及保护气体流量对焊缝成形与力学性能的影响.实验结果表明：通过适当的水深与保护气体流量匹配,可以获得成形良好、剪切拉伸强度与母材相当的焊缝.在水深一定时,随着气体流量的增加,焊缝熔宽变宽,熔深变浅,深宽比减小.在气体流量一定时,随着水深的增加,焊缝熔深和熔宽也表现出类似的变化规律.与普通激光焊接相比,水下激光焊接改变了焊缝的散热方向以及散热速度,因此同一焊接工艺参数下,水下激光焊接的熔深变浅,熔宽变宽.
关键词： 水下焊接; 激光焊; 奥氏体不锈钢; 焊缝成形; 力学性能
中图分类号： TG 456.7文献标志码： A     

环境压力对熔化极气体保护焊焊缝强度及韧性的影响

利用高压焊接试验舱在环境压力分别为0.1、0.5、0.9MPa的条件下,以Q235C钢板为母材进行V型坡口对接焊试验,通过调节焊接电流和电压、焊接速度及焊枪摆幅等焊接参数,获得了不同环境压力下成形良好的焊缝,并对焊缝进行力学性能检测和微观组织形貌观察.结果表明:随着环境压力增加,焊缝的抗拉强度增加,韧性明显下降,焊缝及其热影响区的微观组织因环境冷却作用的增强而出现了上贝氏体组织,但焊缝的综合性能仍能够满足水下焊接相关标准的要求.     

水下局部干法焊接技术的发展

水下焊接技术是海洋管线、海洋平台、船舶、核电设备维护及抢修等领域的关键技术.水下局部干法焊接具有焊接效果好、成本低的优点,在水下焊接技术中具备非常广阔的发展前景.目前主要有水帘式及钢丝刷式水下局部干法焊接、排水罩式水下局部干法焊接和气室式局部干法焊接,作者提出了一种旋转叶片式水下局部干法焊接方法,该方法同主流的排水罩式或者气室式水下局部干法焊接技术相比最大的优点是省去了排水罩或气室等附加装置,简化了焊炬结构,同时省去了对排水罩或气室密封的要求.     

焊接速度对铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

以厚度3 mm的6061-T6铝合金板材搅拌摩擦焊对接接头为研究对象,建立热力耦合有限元模型,准确模拟了焊接过程的温度场分布及演变规律,采用光学显微观察、电子背散射衍射、显微硬度测量以及拉伸试验等表征方法,研究了焊接速度对焊接接头成形特性、显微组织和力学性能的影响机理.结果表明:接头焊核区在焊接过程中经历了完全动态再结晶,形成细小等轴晶;后退侧热影响区经历了动态回复,晶粒显著长大,晶界强化作用弱于焊核区晶粒;当焊接速度为300～800 mm/min时,接头焊缝成形良好,拉伸断裂均在焊缝后退侧热影响区,在焊接过程中受温度(400～480℃)影响显著,析出强化相溶解导致力学性能明显降低,在此焊接速度范围内,随速度的提高,接头强度增加,最高强度系数为80.86％(800 mm/min);当焊接速度进一步增加至1200 mm/min时,接头的焊接成形性变差,焊核区出现未焊合和隧道缺陷,接头拉伸试验时在焊核区发生断裂.     

35#钢摩擦焊多级加压对轴向缩短量及焊后组织的影响

以35#钢为焊接母材,应用连续驱动摩擦焊接方式,采用正交试验的方法并经过极差分析后,探究了中等直径焊件多级加压方式下各工艺参数对轴向缩短量的影响规律,并对焊接接头显微组织及显微硬度进行了分析.实验结果表明,对焊件轴向缩短量影响程度依次为:二级摩擦位移、二级摩擦压力、一级摩擦压力、一级摩擦位移;观察焊接接头显微组织发现焊缝处得到了细小的铁素体与珠光体相互融合的优良组织,焊缝组织达到正火态;通过对焊件焊缝及热影响区显微硬度测试后可以得出,各焊件焊缝的显微硬度值明显高于母材,不同焊接工艺参数组合方式对焊件接头晶粒存在一定影响并直接影响焊件接头硬度.     

2219-T6静轴肩辅助搅拌摩擦焊组织与性能分析

为探究安装外部静止轴肩对搅拌摩擦焊接头成形和力学性能的影响,采用自主研制的外部静止轴肩辅助搅拌摩擦焊(Non-Rotational Shoulder Assisted Friction Stir Welding,NR-SA-FSW)焊具对2219-T6铝合金4 mm厚板材进行对接焊试验,观察焊后接头表面成形情况.采用拉伸和显微硬度试验对焊缝的力学性能进行测试,并与相同焊接参数下的搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)进行对比分析.使用金相显微镜和场发射扫描电镜对接头焊缝组织进行分析.结果表明,由于静止轴肩的平动刮擦作用,NRSA-FSW相比FSW,接头表面更加光滑,无鱼鳞纹、飞边以及接头减薄现象.NRSA-FSW接头相比于FSW接头软化区有所增加,接头显微硬度分布更加均匀.NRSA-FSW接头平均抗拉强度323 MPa,达到母材的72％,抗拉强度同FSW相近.NRSA-FSW焊核呈"U"状,焊缝组织无缺陷.接头拉伸试验在焊核区(Nuggest-Zone,NZ)处断裂,为韧性断裂.     

核电厂检修局部干法自动水下焊接实验

根据核电厂内部结构维修的特殊性,研制了一套局部干法自动水下焊接实验系统,进行了15 m水深局部干法自动水下坡口对接焊实验,并采用集成汉诺威弧焊质量分析仪对自动水下焊接的工艺过程进行分析.结果表明,焊缝成型良好,能够满足相关执行标准的要求,为核电站堆内构件在役维修技术的发展奠定了基础.     

搅拌摩擦焊工艺参数对6061-T6铝合金焊缝质量的影响

搅拌摩擦焊焊接过程中,轴肩的下压量、搅拌头的旋转速度和焊接速度等工艺参数直接决定着焊缝的质量。文中通过对6061-T6铝合金材料进行搅拌摩擦焊,并对焊后试样进行了拉伸、硬度测试等实验以此探究上述工艺参数对焊缝质量的影响程度,分析发现下压量会直接决定焊缝区域力学性能,旋转速度和焊接速度会通过热输入值影响焊缝区域的强度来影响最终焊缝质量,并当热输入值为5时,抗拉强度可达到母材的83.4%,硬度可达到母材的75.3%,焊缝成形优异。     

水下湿法自保护药芯焊丝焊接成型气孔产生机理研究

采用自制水下湿法药芯焊丝以及水下自动焊接系统,通过不同焊接参数下的焊缝成形对比,研究了水下湿法焊接气孔产生的机理。分析了焊接工艺参数对水下湿法焊接气孔产生的影响规律,确定了水下湿法焊接气孔控制的最佳工艺参数范围。结果显示,在焊缝宏观表面成形质量较好以及焊接过程稳定的工艺参数范围内,随着送丝速度(电流)的增加和焊接速度的增加,产生气孔的几率也随之增加;随着电压参数的提高,干伸长参数数值增加,产生气孔的几率减少;焊枪摆动速度参数过大或者过小都会使产生气孔的几率增加。     

水下局部干法焊接中排水罩内的流体状态分析

利用FLUENT计算流体力学软件对水下局部干法焊接中排水罩内的排水气体与焊接保护气体的流动状态进行仿真,以分析2种流体的压力和速度分布,以及排水气体对保护气体的影响.结果表明:随着排水气体与保护气体的不断导入,排水罩内2种流体的扩散逐渐均匀;焊枪喷嘴下方保护气体外围的相对压力最大,其值约为3kPa,而且保护气层外侧的气流流速最大,从而起到了防止排水气体侵入,使焊接电弧基本不受排水气流影响的作用.同时,将基于排水罩模型研制的排水罩集成到水下焊接机器人上,利用水下局部干法焊接实验平台模拟水深分别为20、40及60m条件下的水下焊接环境,进行了水下局部干法堆焊实验,所获得的焊缝表面成形良好,能够满足水下焊接质量的要求.     

奥氏体不锈钢复合板采用SAW焊接基层的焊接工艺研究

通过对S30408+Q245R复合板基层进行SAW焊接接头显微硬度测量、铁素体含量测量、金相显微镜观察等研究,探讨焊接线能量、冷却速度对复合板基层焊缝组织和母材覆层析出σ相的影响。研究结果表明,基层使用SAW焊接时,焊缝硬度比使用SMAW焊接时略低;母材覆层铁素体含量、焊缝过渡层/覆层铁素体含量均比基层使用SMAW焊接时所测含量略低;两种焊接方法的焊缝基层显微组织基本相同。但焊缝覆层/过渡层采用SMAW和GTAW焊接时金相组织有所不同,使用SAW焊接基层时焊缝组织无明显晶粒粗大特征,且母材覆层和焊缝过渡层/覆层均不会析出σ相。     

Al-6.6Zn-1.7Mg-0.26Cu合金挤压材焊接接头的组织与性能

采用光学显微镜、透射电子显微镜、维氏硬度计和拉伸试验机,研究了Al-6.6Zn-1.7Mg-0.26Cu合金挤压材熔化极惰性气体保护焊接接头的显微组织和力学性能。结果表明：焊缝中心区为枝晶,靠近母材侧的焊缝熔合区为柱状晶,母材为等轴晶,但靠近焊缝熔合区的母材晶粒发生了长大。焊接接头的硬度以焊缝为中心呈对称分布,从母材到焊缝中心,硬度先下降后上升再下降。焊缝中心区的硬度最低,为86～105（HV）。焊接接头的抗拉强度为309 MPa,屈服强度为237 MPa,伸长率为4.75%,挤压材的焊接强度系数为0.76。     

运行管线在役焊接试验研究

运行管线在役焊接修复能很大程度上减小管道泄压停输修复所带来的经济损失,但由于管内介质的快速冷却,容易产生热影响区的氢致开裂。为了研究管内流体对焊接接头的影响,为避免氢致开裂而获得优良的焊接接头提供依据,采用模拟试验装置对16Mn在流动水冷却条件下焊接接头的微观组织和硬度进行了分析,并与空冷和静态水冷条件下的组织、硬度进行了对比。结果表明,流动水的快速冷却使焊接接头区形成了淬硬组织上贝氏体,导致其硬度值很大,易发生氢致开裂。在避免烧穿的前提下增大焊接电流能够减小硬度、减少上贝氏体,从而降低氢致开裂敏感性。     

环境压力对熔化极气体保护焊焊接过程及焊缝成形的影响

摘要： 在环境压力0.1～1.0 MPa条件下,通过高速摄像和汉诺威分析仪等手段,研究了高压干法熔化极气体保护焊过程及焊缝成形的特点,分析了焊接飞溅和焊缝成形的主要成因.试验表明,随着环境压力的增加,焊接过程逐渐变得不稳定,飞溅增加,焊缝逐渐变窄,焊缝成形变差.     

水下局部干法药皮焊条焊接的研究

本文介绍要用压缩空气排水，水下局部干法药皮焊条手弧焊的方法。应用流体力学理论对排水罩进行计算和试验，确定了合理的排水罩结构和尺寸，且进行了局部干法焊接试验。结果表明：该法的焊接冷却速度、焊接接头中的扩散氢含量和焊接ＨＡＺ最高硬度值均比湿法的要低，得到的焊缝无气孔、裂纹和夹渣等缺陷；Ｖ型坡口焊接接头的机械性能能满足ＡＰＩ１１０４和ＡＳＭＥＩＸ等标准规定的要求。本研究为水下焊接施工提供了一种操作容易、     

Effect of welding process on the microstructure and properties of dissimilar weld joints between low alloy steel and duplex stainless steel

To obtain high-quality dissimilar weld joints, the processes of metal inert gas (MIG) welding and tungsten inert gas (TIG) welding for duplex stainless steel (DSS) and low alloy steel were compared in this paper. The microstructure and corrosion morphology of dissimilar weld joints were observed by scanning electron microscopy (SEM); the chemical compositions in different zones were detected by energy-dispersive spectroscopy (EDS); the mechanical properties were measured by microhardness test, tensile test, and impact test; the corrosion behavior was evaluated by polarization curves. Obvious concentration gradients of Ni and Cr exist between the fusion boundary and the type II boundary, where the hardness is much higher. The impact toughness of weld metal by MIG welding is higher than that by TIG welding. The corrosion current density of TIG weld metal is higher than that of MIG weld metal in a 3.5wt% NaCl solution. Galvanic corrosion happens between low alloy steel and weld metal, revealing the weakness of low alloy steel in industrial service. The quality of joints produced by MIG welding is better than that by TIG welding in mechanical performance and corrosion resistance. MIG welding with the filler metal ER2009 is the suitable welding process for dissimilar metals jointing between UNS S31803 duplex stainless steel and low alloy steel in practical application.     

硬质合金YG8与D6A异种金属CO_2激光焊接接头组织和性能的研究

利用CO_2激光器对双金属带锯条齿部用硬质合金YG8及背部用超高强度钢D6A进行焊接,通过金相显微镜,扫描电镜(SEM),显微硬度仪,电子显微探针(EPMA)等手段研究了焊后硬质合金YG8与超高强度钢D6A焊接接头组织演变规律,焊接接头合金元素分布,以及不同焊接工艺对异种金属焊接接头组织及力学性能的影响.研究表明,随着焊接速度增大,焊缝中心区等轴晶增多,树枝晶减少,且靠近YG8侧熔合区的等轴晶更细小;各种工艺条件下焊接接头硬度均较母材高,且靠近YG8侧的熔合区的硬度要高于焊缝区的硬度.当焊接功率为3 960 W,焊接速度为9m/min时,焊接接头的性能优良,抗弯强度值达到349 MPa,达到双金属带锯条的焊接性能要求.     

搅拌摩擦焊、搅拌振动摩擦焊和钨极惰性气体焊接AA6061-T6接头的组织和力学特性对比研究

This study compared the microstructure and mechanical characteristics of AA6061-T6 joints produced using friction stir welding (FSW), friction stir vibration welding (FSVW), and tungsten inert gas welding (TIG). FSVW is a modified version of FSW wherein the joining specimens are vibrated normal to the welding line during FSW. The results indicated that the weld region grains for FSVW and FSW were equiaxed and were smaller than the grains for TIG. In addition, the weld region grains for FSVW were finer compared with those for FSW. Results also showed that the strength, hardness, and toughness values of the joints produced by FSVW were higher than those of the other joints produced by FSW and TIG. The vibration during FSW enhanced dynamic recrystallization, which led to the development of finer grains. The weld efficiency of FSVW was approximately 81%, whereas those of FSW and TIG were approximately 74% and 67%, respectively.