聚焦光束钎焊接头的力学性能及变形行为

研究了光束钎焊获得的对接和搭接钎焊接头的力学性能及其在拉伸载荷作用下的变形行为。光束钎焊对接接头的断裂强度σb、相对延伸率δ、断面收缩率ψ均低于被钎焊母材。同质接头的弹性极限σ0.01、屈服极限σ0.2与母材相当，而异质接头的σ0.01、σ0.2值仅取决于低屈服极限的母材，与高屈服极限的母材无关。对接接头在拉伸载荷作用下的变形是非均匀的，同质接头中的钎缝和近缝区的塑性变形量最小，而异质接头中屈服极限较高的母材一侧几乎无塑性变形。搭接接头在拉伸载荷作用下下会产生“折弯效应”，折弯程度随被钎焊母材屈服极限的增加而减小。对接接头的断裂是由纯拉应力导致的，而搭接接头的断裂是剪应力和拉应力综合作用的结果。     

聚焦光束粉末堆焊层的凝固组织形貌及其形成机理

研制了由光束发生器、聚焦系统、旋转气流送粉器、工作台组成的聚焦光束堆焊系统。堆焊层中凝固组织形态以及树枝晶生长方向取决于熔池凝固过程中的传热过程。45钢表面的Ni基合金堆焊层的微观组织呈现树枝晶形态,树枝晶沿堆焊方向前倾生长,堆焊层金属与母材金属间形成平面晶带,平面晶带依附于母材半熔化区联生结晶长大。     

B、Si造渣剂对光束合金化层组织结构的影响

采用B、Si造渣剂和Cr、Ni合金化粉末(Cr∶Ni=20∶80)对HT-200灰铸铁进行了光束合金化表面改性处理.实验发现,合金化层成形依赖于B、Si造渣剂对熔池金属的保护效果,合金化程度和组织均匀性则取决于B、Si造渣剂对合金化冶金过程的影响.B、Si造渣剂的加入量过少(<5mg)时,合金化层成形不良;B、Si加入量过高(>20mg)时,合金化层成分和组织均匀性下降,合金化区上部组织为γ(Fe,Ni)+(Fe,Cr)3C+α,底部组织则为γ(Fe,Ni)+莱氏体组成的亚共晶基底上分布着条块状的(Cr,Fe)7C3;而加入适量的B、Si造渣剂时,合金化层成形良好,合金化区为γ(Fe,Ni)+莱氏体组成的亚共晶组织,且组织均匀.     

基于视觉传感的激光-MIG复合焊熔透闭环控制

在对接焊中,坡口同隙的波动会导致焊接熔透状态的变化,为保证稳定的熔透,需要对焊接熔透状态进行实时检测和控制.针对CO2激光-MIG复合对接焊,建立了基于视觉传感和DSP的熔透状态实时检测与控制系统,获取了清晰的熔池背面图像,经过适当的处理得到了熔池背面熔宽的信息,并通过调节焊接速度或控制电弧电流,对熔透状态进行了控制.结果表明:即使在间隙明显波动的情况下也获得了熔透可靠、背面熔宽均匀的焊缝,从而实现了复合对接焊熔透状态的闭环控制.     

光束合金化合成Fe-Al系金属间化合物涂层的微观特征

为了改善钢铁材料的耐高温腐蚀性能,用光束合金化方法在45钢表面合成了Fe-Al金属间化合物涂层.采用扫描电子显微镜、能量弥散X射线分析和X射线衍射研究了光束合金化工艺参数(粉末预置量m和热输入量q)对合金化层的化学成分、显微组织及其物相组成的影响.实验结果表明: 减小比能量(E＝q/m)将导致合金化层的熔宽和熔深减小,从而使合金化层含Fe量减少,含Al量增加; 该实验条件下,获得了Fe/Al原子数比为2.4～19.2的合金化层.由比能量决定的Fe/Al原子数比是合金化层显微组织及其物相组成的重要影响因素,合金化层的显微组织有3种类型: α-Fe固溶体、α-Fe固溶体 Fe3Al金属间化合物及FeAl AlFe3C0.5金属间化合物.降低热输入或增加粉末预置量均可引起合金化层中Fe/Al原子数比的降低,有助于Fe-Al系(Fe3Al或FeAl)金属间化合物的合成.