激光深熔焊接下临界功率的确定

在准稳态传热控制模型的基础上,推导了激光焊接热传导问题的有限差分方程。改变热物性参数(比热)替代相变潜热确定了热传导焊接的临界温度值,利用自编的MATLAB程序对有限差分方程进行求解,数值模拟了焊件的温度场。当材料表面刚好出现汽化时,激光焊接处于热传导焊与深熔焊之间的临界状态。在此临界状态下材料处于固相,可以避开材料的相变而简化模型。在此基础上,数值模拟了激光焊接时工件的热传导温度场,得到激光深熔焊接下临界功率的变化规律,即激光焊接的下临界功率随焊接速度的增加成一定比例地增加,为激光精密焊接中工艺参数的确定提供理论指导。     

激光熔覆制备Fe-Si合金涂层显微组织分析

在碳钢表面预置3Fe/Si混合粉末和Fe3Si粉末,采用激光熔覆技术制备Fe3Si金属间化合物涂层.利用扫描电镜、光学显微镜、能谱分析仪和X射线仪对熔覆层组织进行分析,测试其显微硬度.结果发现,熔覆层与基体冶金结合良好,熔覆层组织主要由γ-Fe和Fe3Si金属间化合物组成.Fe3Si相的形态主要呈现为规则的多边形等轴晶和不规则的等轴晶.Fe3Si涂层组织比3Fe/Si涂层均匀细化,且硬度也比较高.     

16Mn钢表面激光溶覆铁合金层的研究

利用C02激光器在16Mn钢表面实现Fe—Cr—Ni—B激光熔覆。观察了激光对熔覆层组织和显微硬度的影响；采用扫描电镜及X射线衍射仪分析熔覆层的成分和相组成。结果表明，熔覆层组织是树枝晶及胞状晶，熔覆层以非平衡的(Fe，Cr)相、(Fe，Ni)相存在。激光功率的提高位炼覆层组织细化、显微硬度提高，并使硬度分布更加趋于合理。     

Pr2Fe14B/α-Fe纳米复合永磁的淬态组织对回火时相变过程和磁性的影响

纳米复合永磁材料的原始淬态组织对最终的显微组织结构和磁性有着决定性的影响,为了弄清其影响规律,研究了成分为Pr7Fe88B5的双相纳米复合永磁材料的淬态组织在回火时相转变的过程和晶化后的组织结构及磁性.X射线谱和Mossbauer谱的研究结果表明,在不同辊速下制得的快淬带样品的组织结构是不同的.原始淬态组织的不同导致回火时的不同相变过程,它们分别是(1)非晶相Am+Pr2Fe14B+α-Fe→Pr2Fe14B+α-Fe;(2)非晶相Am+α-Fe→(Am)′+α-Fe→α-Fe+1:7相+Pr2Fe14B→Pr2Fe14B+α-Fe;(3)Am→Am′+α-Fe→1:7相+α-Fe→Pr2Fe14B+α-Fe.虽然样品最终的相组成均为α-Fe和Pr2Fe14B,但不同原始态的样品晶化后的显微组织和磁性并不相同.     

细晶AZ61镁合金板材的CO2激光焊接性能

采用CO2激光器对2 mm厚的AZ61镁合金细晶板材分别进行了填充焊和自熔焊实验.研究了细晶镁合金板材的焊接性和填充带合金化稀土元素Ce对接头组织及力学性能的影响.结果表明，细晶板材的焊接接头热影响区不明显，组织较母材变化不大，半熔化区范围窄、液化程度低，未进行合金化的自熔焊焊缝组织较粗大，焊缝晶粒尺寸约15 μm，而填充焊焊缝组织为平均晶粒尺寸是5 μm的等轴晶，即合金化稀土元素Ce可细化焊缝组织，而且稀土元素Ce的加入能抑制柱状树枝晶区而扩大等轴晶区域范围.填带焊接头的平均抗拉强度和伸长率较自熔焊接头分别提高了6%和12%.     

Pr2Fe14B／α—Fe纳米复合永磁的淬态组织对回火时相变过程和磁性的影响

纳米复合永磁材料的原始淬态组织对最终的显微组织结构和磁性有着决定性的影响,为了弄清其影响规律,研究了成分为Pr7Fe88B5的双相纳米复合永磁材料的淬态组织在回火时相转变的过程和晶化后的组织结构及磁性。X射线谱和Mossbauer谱的研究结果表明,在不同辊速下制得的快淬带样品的组织结构是不同的。原始淬态组织的不同导致回火时的不同相变过程,它们分别是（1）非晶相Am Pr2Fe14B α-Fe→Pr2Fe14B α-Fe;（2）非晶相Am α-Fe→(Am)′ α-Fe→α-Fe 1:7相＋Pr2Fe14B→Pr2Fe14B α-Fe;(3)Am→Am′＋α－Fe→1:7相＋α-Fe→Pr2Fe14B α-Fe。虽然样品最终的相组成均为α-Fe和Pr2Fe14B,但不同原始态的样品晶化后的显微组织和磁性并不同相同。     

铝合金5754的激光束/电阻缝焊特性

采用由多功能电阻缝焊机、激光器和激光焊机器人组成的激光束/电阻缝焊(LB-RSW)焊接系统研究了1.0 mm厚5754铝合金搭接LB-RSW焊缝的成形、组织和力学性能,并与激光焊(LBW)焊接性能加以对比.结果表明:在相同激光功率条件下,与LBW相比,LB-RSW焊缝的表面成形性能更优,其焊接接头的熔深和拉剪力更大,可以显著提高铝合金的加工能力;LB-RSW焊缝的熔宽和熔深随着缝焊电流的增加而增大;除了在焊接速度1.5 m/min、焊接电流8 kA以外,焊接接头的拉剪力随焊接电流的增加而增大;LB-RSW和LBW的焊缝组织均由熔合线附近的柱状树枝晶和焊缝中心的等轴树枝晶组成,但LB-RSW比LBW的焊缝中心组织更细.     

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.     

激光熔覆TiN金属陶瓷涂层的微观组织

采用CO2激光在TC4合金表面熔覆TiN—Ti和TiN—NiCrBSi金属陶瓷涂层，利用XRD和SEM等分析了熔覆层的微观组织，测试了熔覆层的硬度，结果表明：在TiN—Ti激光熔覆层中，表层TiN颗粒全部溶解，底层TiN颗粒部分溶解，熔覆层的组织是在α—Ti基体上分布着TiN树枝晶和TiN颗粒，熔覆层的显微硬度在400～700HV之间；TiN—NiCrBSi激光熔覆层的组织γ-Ni树枝晶和TiN颗粒等相组成，显微硬度在900-1200HV之间；熔覆层与基材结合区为TC4合金和Ni基合金的混和凝固区，呈现树枝晶和胞状晶形态，显微硬度在600～650HV之间．     

激光焊接速度对焊缝组织和硬度分布的影响

利用激光焊接工艺焊接核级不锈钢,通过改变激光焊接速度得到不同的焊接接头。采用金相显微镜、扫描电子显微镜等手段研究了熔深比、δ/γ比、组织形貌以及焊缝中各相的成分。通过显微硬度测试了焊缝接头上硬度分布。随着焊接速度的增加,焊缝熔深比线性增加,焊缝中啄-铁素体含量增加,岛状组织增多,板条状组织增多,蠕虫状组织减少,焊缝区的平均硬度值增加。     

7075铝合金点焊接头的组织及性能分析

采用中频逆变直流点焊机进行7075铝合金点焊焊接试验,并对焊接接头的显微组织和力学性能进行研究.结果表明:焊接接头结构分为熔化区、部分熔化区和热影响区,其熔核的部分熔化区组织为柱状晶,熔化区组织为等轴晶,热影响区及母材仍保持轧制组织形态,而且焊接接头内存在枝晶偏析;7075铝合金点焊接头的熔核硬度较低;在所用的试验条件下,7075铝合金点焊接头均在界面断裂,断裂形式为准解理脆性断裂,且塑性、韧性较差,其原因在于焊接接头的强度低于母材,以及熔化区铝合金元素偏析严重.     

激光功率对6061-T6铝合金激光填丝焊接头组织及性能的影响

采用激光填丝焊将厚度为2 mm和3 mm的6061-T6铝合金板材进行搭接叠焊,研究激光功率对接头成形质量的影响,分析了接头的显微组织和力学性能。结果表明,增大激光功率可以有效增加热输入量,焊道逐渐宽化,焊缝熔深增加。进一步分析发现,焊缝中心区和热影响区的析出相均为Mg₂Si。硬度试验结果表明,焊缝中心区由于细小等轴晶和析出相的双重作用,硬度远高于母材区与热影响区的。拉伸试验结果表明,接头的抗拉强度随激光功率的增大而升高,激光功率由2.0 kW升高至2.8 kW,抗拉强度升高约39%。     

激光-MIG复合热源钢/铝异种金属深熔钎焊

采用激光-MIG(Melt Inert-Gas)电弧复合热源实现了4和6 mm厚的钢/铝异种金属对接接头深熔钎焊,并利用扫描电子显微镜观察力接头界面微观组织特征.通过有限元软件分析电弧熔钎焊、激光熔钎焊、激光-MIG复合深熔钎焊三种焊接方法所获接头温度场,同时分析了激光偏转角度对激光-MIG复合深熔钎焊接头温度分布的影响.结果表明,激光-MIG复合深熔钎焊接头温度分布相较于电弧、激光熔钎焊而言较为均匀,接头下部的温度得到明显的提高,可有效增加液态金属在钢表面的润湿铺展程度,有利于获得较为良好的焊缝成形.在激光-MIG复合深熔钎焊过程中,可以通过调整激光偏转角度提高接头界面下部温度,改善界面温度梯度,有利于生成均匀的金属间化合物层.4 mm厚钢/铝激光-MIG复合深熔钎焊焊接接头有着典型的熔钎焊特征,成型质量良好且无明显缺陷生成.界面层化合物为Fe4Al13和Al8Fe2Si,焊缝由α-Al和Al-Si共晶相组成.激光-MIG复合深熔钎焊可实现6 mm对接接头连接,但界面处存在微裂纹.     

热处理气氛对Nd10Fe79Zr1Co4B6合金相组成和磁性能的影响

研究了热处理气氛对快淬Nd10Fe79Zr1Co4B6合金相组成和磁性能的影响.结果表明:Nd10Fe79Zr1Co4B6快淬合金薄带在热处理时通入氮气会发生吸氮反应,相结构由纯氩气热处理时的Nd2Fe14B和α-Fe两相组织转变为Nd2Fe14B、NdBN2和α-Fe三相组织,且随着氮气分压的提高,热处理后样品中α-Fe相和NdBN2相的体积分数逐渐增多.Nd10Fe79Zr1Co4B6样品的剩磁Br、内禀矫顽力iHc和最大磁能积(BH)m ax随着热处理时氮气分压的提高而下降.     

喷焊层对焊缝组织性能的影响规律

为解决油田管线焊接接头防护问题 ,利用金相显微镜对焊缝组织形貌进行了观察。得到了镍基喷焊层元素熔入量对奥氏体焊缝显微组织及裂纹敏感性的影响规律。结果表明 ,镍基合金喷焊层的合金元素对奥氏体焊缝显微组织有明显影响 ,随着喷焊层元素熔入量的增加 ,焊缝柱状晶变得粗大 ,且方向性变得更明显。在一定范围内 ,增加喷焊层元素熔入量 ,焊缝的热裂纹敏感性将增大 ,但当熔入量再继续增加时 ,由于过量的喷焊层形成的大量低熔共晶物对焊缝冷却过程中的微裂纹起到了“愈合作用” ,使焊缝裂纹敏感性有所降低。同时 ,熔入过量喷焊层元素使得焊缝的薄弱位置发生了变化 ,热裂纹产生的位置由等轴晶区转移到柱状晶区。为了降低焊缝的热裂纹敏感性 ,应该在保证喷焊层耐蚀性的前提下 ,尽量降低喷焊层的厚度     

喷焊层对焊缝组织性能的影响规律

为解决油田管线焊接接头防护问题，利用金相显微镜对焊缝组织形貌进行了观察。得到了镍基喷焊层元素熔入量对奥氏体焊缝显微组织及裂纹敏感性的影响规律。结果表明，镍基合金喷焊层的合金元素对奥氏体焊缝显微组织有明显影响，随着喷焊层元素熔入量的增加，焊缝柱状晶变得粗大，且方向性变得更明显。在一定范围内，增加喷焊层元素熔入量，焊缝的热裂纹敏感性将增大，但当熔入量再继续增加时，由于过量的喷焊层形成的大量低熔共晶物对焊缝冷却过程中的微裂纹起到了“愈合作用”，使焊缝裂纹敏感性有所降低。同时，熔入过量喷焊层元素使得焊缝的薄弱位置发生了变化，热裂纹产生的位置由等轴晶区转移到柱状晶区。为了降低焊缝的热裂纹敏感性，应该在保证喷焊层耐蚀性的前提下，尽量降低喷焊层的厚度。     

低合金钢Q345的深熔TIG焊研究

针对8 mm厚Q345低合金钢的深熔TIG焊中焊接电流、焊接速度、保护气体流量对Q345焊缝成型的影响进行了研究,并对成型较好的焊接接头进行了硬度测试和金相观察.试验结果表明,虽然深熔TIG焊在对低合金钢焊接时的焊接参数不稳定,焊接窗口较窄,不易形成良好的焊缝.但在适当的焊接条件下,可以实现深熔TIG焊对8mm厚Q345的一次性单面焊双面成型,焊缝性能较好并且成型良好的焊缝区组织由铁素体和少量针状贝氏体组成,焊缝熔合区和热影响区的硬度较母材上升了50%,无软化现象.具有继续研究深熔TIG焊应用于低合金钢Q345的意义.     

Nd-Fe-B 包晶合金的定向凝固组织及相选择

对 Nd11.76Fe82.3B5.88包晶成分和 Nd13.5Fe79.75B6.75过包晶成分合金进行了高梯度定向凝固和激光快速定向凝固实验,研究了 Nd-Fe-B 合金组织形成及相选择与凝固参量(温度梯度 G,生长速度 V,合金成分 C0)之间的对应关系.针对包晶相为无固溶度的化学计量比结构的 Nd-Fe-B 合金体系,讨论计算了合金定向凝固过程γ-Fe及包晶T1相的界面温度随生长速率的变化,获得了 Nd-Fe-B 合金定向凝固相/组织选择图,确定了合金凝固中各相及生长形态转化的条件.Bridgman定向凝固实验中,随着抽拉速率的增加,T1相由平面/小平面向枝晶形貌转变;Nd13.5Fe79.75B6 75合金的激光实验中,凝固速率由4.4～5.0 mm/s时,领先析出的组织由γ-Fe 枝晶转变为 T1 相枝晶.实验结果与理论计算给出的相/组织选择图吻合较好.     

Nd-Fe-B包晶合金的定向凝固组织及相选择

对Nd11.76Fe82.36B5.88包晶成分和Nd13.5Fe79.75B6.75过包晶成分合金进行了高梯度定向凝固和激光快速定向凝固实验,研究了Nd-Fe-B合金组织形成及相选择与凝固参量(温度梯度G,生长速度V,合金成分C0)之间的对应关系.针对包晶相为无固溶度的化学计量比结构的Nd-Fe-B合金体系,讨论计算了合金定向凝固过程γ-Fe及包晶T1相的界面温度随生长速率的变化,获得了Nd-Fe-B合金定向凝固相/组织选择图,确定了合金凝固中各相及生长形态转化的条件.Bridgman定向凝固实验中,随着抽拉速率的增加,T1相由平面/小平面向枝晶形貌转变;Nd13.5Fe79.75B6.75合金的激光实验中,凝固速率由4.4~5.0mm/s时,领先析出的组织由γ-Fe枝晶转变为T1相枝晶.实验结果与理论计算给出的相/组织选择图吻合较好.     

扫描速度对硅钢表面激光熔覆层组织和硬度的影响

在低硅钢表面激光熔覆Fe-Si粉末制备高硅熔覆层,研究了激光扫描速度对熔覆层宏观形貌、相组成、显微组织、成分及硬度分布等的影响.结果表明,不同扫描速度条件下熔覆层表面均由-αFe(Si),-γFe(Si)和FeSi2组成;随扫描速度增大,熔覆层的组织有细化的趋势,组织不均匀性得到改善;同时,熔覆层厚度减小,导致稀释率减小,使熔覆层平均硅含量提高,显微硬度提高.通过调整激光扫描速度,获得了无裂纹缺陷,且与基体呈良好冶金结合的熔覆层,最佳扫描速度为2.5 mm/s.