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材料焊接性期末考试答案题库2024秋

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内蒙古工业大学

【应用激光】1.2 mm厚TC4钛合金薄板激光焊工艺研究 2019,39（4）：596-601钛合金在焊接过程中极易产生气孔缺陷。Gao等人采用Na:YAG脉冲激光器作为热源对0.8 mm厚TC4薄板进行焊接，通过对焊接参数的优化，实现了对焊接气孔的抑制。杨长春等人采用光纤激光焊接2.5 mm厚TC4薄板，研究了激光功率和焊接速度对气孔缺陷的影响。粱春雷等对钛合金薄板的焊接接头进行了疲劳性能研究，明确了接头的拉伸疲劳断裂行为，为激光焊接结构件的设计、制造和安全评估提供依据。本文采用光纤激光器对1.2 mm厚TC4薄板进行焊接试验，从正交试验结果分析入手，通过优化焊接参数，研究了TC4钛合金激光焊接组织与性能特点。1试验材料及设备1. 1试验材料本次试验所用材料为500 mm ×100 mm ×1. 2 mm的TC4钛合金板材，状态为退火态，材料标准为UB/T3621-1994（《钛及钛合金板材》，在焊接试验开始前，对钛合金板材待焊面采用粗砂纸打磨，试件经过化学酸洗(HF 4 %，HNO20%，其余蒸馏水）及表面去除油污后烘干，在烘干后2小时内完成焊接试验。1.2试验方法本研究中使用的焊接设备为德国阿诺德激光焊机(定制非标设备)，激光功率为4 kW，工作空间：4900 mm × 3900 mm× 1800 mm，激光焊接的参数设定和控制采用软件程序，程序设定后采用自动化方式控制激光功率、离焦量和焊接速度等焊接参数。同时，为防止焊接过程中焊缝金属氧化，设计了气体保护装置对焊缝上下表面进行Ar气氛下的保护，气流量为20L/min。图1所示为激光焊接试验装置及气体保护装置。首先，进行1.2 mm厚TC4薄板的激光焊接试验，采用正交试验研究焊接参数（激光功率、焊接速度和离焦量）对焊缝力学性能的影响。通过结果对正交试验进行分析，优选焊接参数继续进行钛合金薄板的对接焊试验。2试验结果与讨论2. 1正交试验分析针对TC4激光焊接正交试验结果，测量焊接接头的抗拉强度和伸长率。接接头抗拉强度和伸长率的直观分析结果，其中ki为该列因素i水平所对应的试验项目之和，R为该因素的极差。为研究本文中每个试验因素对接头力学性能的显著性影响，进行了方差分析，结果显示在表5-6中。其中S为偏差平方和，Dc为自由度，E为显著因子。表3-6结果表明，对于抗拉强度指标，激光功率是主要影响因素，离焦量和焊接速度影响相当。对于伸长率指标，离焦量和焊接速度的影响水平相当，而激光功率的影响较小。从方差分析结果中可以看出，激光功率、离焦量和焊接速度对焊缝的力学性能影响均表现为不显著。通过对TC4薄板激光焊正交试验结果分析，选取工艺参数为：离焦量3 mm，激光功率1.2 kW和焊接速度1.5 m/min对1.2mm厚TC4薄板进行对接焊试验，并对焊接接头组织和性能进行分析测试。2.2焊接接头组织分析从TC4薄板对接焊接头横截面金相组织，对接焊接头横截面整体显微组织，焊接接头熔化区（FZ）和母材（BM）的局部显微组织看出，焊缝横截面呈对称状，存在轻微的咬边现象，在熔化区出现较为粗大的晶粒组织，在焊缝上下表面中部区域出轻微凸起状，整个焊缝的熔化区、两侧的过渡区和热影响区尺寸相当。另外，从整个焊缝横截面形貌可以看出，在该参数下焊接接头未观察到明显的尺寸较大的气孔存在。2. 3焊接接头显微硬度分析焊接接头显微硬度曲线在接头熔化区出现驼峰，其均值为356 HV，与母材显微硬度值322 HV相比较高，热影响区（HAZ）的硬度随着与焊缝中心距离的减小而增大，其宽度为0.5mm左右。焊缝区的硬度出现了高低起伏的现象，这是由于焊缝在冷却凝固后，微区出现组织、成分不均匀的现象，造成了微区硬度差异。另外，焊缝区硬度普遍高于母材，这归因于焊缝中马氏体的形成。3结论（1）影响接头抗拉强度的主要因素为激光功率，离焦量和焊接速度的影响相当。相反，离焦量和焊接速度对伸长率影响相当，而激光功率的影响较小。最佳的焊接参数为：离焦量3 mm、激光功率1.2 kW、焊接速度1.5 m/min。（2）焊缝熔化区中心部位组织出现了较大的转变，在等轴的α+β基体组织内部析出了针状的α组织，接头未观察到明显的气孔存在。（3）焊缝显微硬度高于母材，焊接接头拉伸强度达到母材的93%以上，伸长率为母材的83%以上。正面、背面弯曲性能相当，当弯曲呈60°时焊缝出现裂纹。（4）拉伸试样的断裂位置主要出现在母材区域，断面与拉伸应力方向约呈45°，断口呈韧性断裂特征，微观可见韧窝形貌。

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【焊接技术】1Cr18Ni9Ti和12Cr1MoVG的异种钢焊接 2006,35（4）：35-36锅炉主蒸汽管道材质为P91，其采样管管座材质大1Cr18Ni9Ti，规格但8 mmx9 mm，其外接管道材质为12Cr1MoVG，焊口的开裂都是在12Cr1MoVG和1Cr18Ni9Ti焊口的熔合线处，采用德国SPECTROSORTCCD手持式直读光谱仪对其开裂的焊口进行检验，其成分符合A132焊条，从外观上看，开裂焊口外观成形差，两侧熔合线都存在咬边现象，焊口的余高为2.2mm左右。分析其焊口开裂的原因，确定为焊口存在大的焊接残余应力和在高温高压运行期间，产生大的热应力造成焊口薄弱部位开裂。设备运行期间产生的热应力无法消除，所以只能从提高焊缝的塑韧性、消除焊接残余应力、采用合理焊接工艺等措施来保证焊缝质量达到设备的使用要求。1材料焊接性分析1Cr18Ni9Ti是一种应用很广泛的18-8型奥氏体不锈钢，具有良好的弯曲、焊接性能，高的持久强度，良好的耐腐蚀性能和组织稳定性，冷变形能力好，在空气中有高的耐热稳定性。该钢的焊接性良好，但是热导率小而线膨胀系数大，焊缝会产生大的拉应力，容易在焊缝和熔合线处产生热裂纹。2异种钢的焊接接头裂纹敏感性分析（1）12Cr1MoVG的合金含量低，对12Cr1MoVG侧焊口的熔合线金属有稀释作用，会使该熔合线处焊缝金属的奥氏体形成元素含量不足，这样此处可能会产生马氏体，从而恶化焊接接头的质量，甚至产生裂纹。（2）在焊接和高温运行时，12Cr1 MoVG钢侧通过焊缝的熔合线向奥氏体焊缝扩散，造成靠近该熔合区形成一层铁素体脱碳软化层，从而造成该处焊缝强度降低，极易开裂；在1Cr18Ni9Ti钢焊缝侧形成高硬度的增碳层，而造成该处的强度增大。（3）焊接接头的各个区域，由于其化学成分和金相组织不同，力学性能也不同，致使焊缝中的残余应力分布不均匀，在热循环作用下容易产生疲劳裂纹。3焊接工艺1Cr18Ni9Ti是高合金钢，焊口的根部需要保护，以防止其氧化。但是在现场该焊口根部不易进行充氢气保护，而焊条电弧焊现场操作灵活方便，焊缝的熔合比小，热输入容易调节，故采用焊条电弧焊进行打底焊和盖面焊。3.1焊接材料焊接材料的选择是该异种钢焊接的关键，它将直接影响焊接质量。根据这两种材料的焊接性分析，选择焊接材料时应该考虑如下因素：（1）为克服低合金钢对焊缝的稀释作用，减小焊缝中脱碳软化层和马氏体淬化层的宽度，从而必须增加焊缝中的奥氏体化形成元素。（2）珠光体钢和奥氏体钢的热导率和线膨胀系数相差太大，所选用的焊接材料必须保证具有很高的抗热裂性能。（3）因为1Cr18Ni9Ti钢中Cr含量很高，Cr是强碳化物形成元素，它与C的结合力比Fe和Mn都强，能够使珠光体和奥氏体钢中C的溶解度减小，因此所选的焊接材料必须具有固碳和阻止碳化物形成以及抑制碳迁移的作用。基于上述原因，选取ENiCrFe-3型焊条作为焊接材料。3.2坡口形式采用V形坡口，因为ENiCrFe-3型焊条在焊接时粘滞性大，不易操作，所以应适当增大焊缝的坡口角度，使焊条能够自由摆动，确定坡口角度为700°，坡口间隙为2 mm。3.3道间温度的控制为了避免异种钢焊接接头产生晶间腐蚀和热裂纹等缺陷，焊接过程中必须控制其道间温度，在焊接时应该尽量选择小电流、快速焊，道间温度不超过1500℃。奥氏体不锈钢的线膨胀系数比珠光体钢的大，热导率比珠光体钢的小，焊接时如冷却速度过快，焊接变形大，在热影响区会产生大的焊接残余应力，因此，必须严格控制冷却速度，焊后必须缓冷。4结论对1 Cr18Ni9Ti和12Cr1MoVG钢焊接时应注意：（1）控制好低合金钢对焊缝的稀释作用，减小焊缝中脱碳软化层和马氏体淬化层的宽度，减小碳迁移的速度。（2）选择能够阻止Cr的碳化物形成及线膨胀系数和12Cr1MoVG相近的Ni基焊接材料。（3）尽量不要采用焊前预热、焊后热处理的消除焊接应力的方法，避兔恶化焊缝组织，破坏其使用性能。

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