2017-2019焊接专刊

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本辑焊接虚拟专刊集合了2017~2019年在《金属学报》发表的28篇文章,内容涉及焊接领域材料的组织和力学性能、疲劳行为、抗氧化性能等,基本反映了近年来我国焊接研究领域的主要成果。欢迎阅读、引用和转发!

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1. 国产核电安全端异种金属焊接件的微观结构及局部性能研究
明洪亮,张志明,王俭秋,韩恩厚,苏明星
金属学报    2017, 53 (1): 57-69.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00135
录用日期: 2016-10-09

摘要55)   HTML8)    PDF (16657KB)(414)   

利用OM、SEM、显微硬度仪、微小试样拉伸实验及慢应变速率拉伸实验对国产带热丝隔离层核电安全端焊接件不同部位的微观结构及局部的力学性能和应力腐蚀敏感性进行了研究。发现,在SA508/52Mb界面处的52Mb中具有大量的对应力腐蚀敏感的I型晶界及II型晶界,导致此界面具有最高的应力腐蚀敏感性;SA508热影响区存在明显的组织过渡;316LN热影响区中随着距熔合线距离的增加,重位点阵(CSL)晶界的数量分数逐渐增大,Σ3晶界与理想的Σ3晶界的偏差角减小,残余应变逐渐减小,残余应变的最高值出现在对接焊底焊位置处的316LN热影响区中,导致316LN的热影响区也具有较高的应力腐蚀敏感性。焊接件不同部位的力学性能存在较大的差异。对于硬度分布而言,显微硬度变化最剧烈的位置在SA508/52Mb界面附近,且此界面附近的52Mb具有最高的硬度,此界面附近的SA508脱C区具有最低的硬度。强度的变化趋势与硬度的变化趋势类似。一般强度高的地方断裂应变低。焊接件不同位置的性能差异主要取决于不同部位的微观结构(包含组织、成分等)差异。

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2. 焊接温度对碳钢/奥氏体不锈钢扩散焊接头界面组织及性能的影响
王大伟,修世超
金属学报    2017, 53 (5): 567-574.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00307
录用日期: 2017-02-22

摘要74)   HTML10)    PDF (6361KB)(1144)   

采用真空扩散焊接方法对Q235A低碳钢与AISI304奥氏体不锈钢进行固相扩散连接实验,研究了焊接温度对接头界面组织、力学性能和反应产物的影响。结果表明:Q235A低碳钢/AISI304奥氏体不锈钢复合界面附近形成了合金铁素体层(II区)和增C层(III区),界面两侧异相组织通过扩散结成共用晶界。在焊接温度850 ℃,焊接压力10 MPa,焊接时间60 min条件下,接头强度和韧性达到最大值,高于Q235A低碳钢母材。焊接温度过低(≤800 ℃),接头中析出碳化物Cr23C6,焊接温度过高(≥900 ℃),接头中会产生二次碳化物和金属间化合物,脆性的化合物偏析相使接头强韧性显著下降。严格控制焊接温度在850 ℃区间,并在焊后迅速淬火越过低温区,可有效避免脆性化合物偏析,从而保证扩散焊接头的性能。

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3. Sn-Ag-Cu钎料焊接显微组织演化和性能研究
孙磊,陈明和,张亮,杨帆
金属学报    2017, 53 (5): 615-621.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00332
录用日期: 2017-02-23

摘要59)   HTML2)    PDF (5124KB)(327)   

利用DSC、微焊点强度测试仪、SEM、EDS及XRD,研究了Sn0.3Ag0.7Cu、Sn1.0Ag0.5Cu和Sn3.0Ag0.5Cu钎料的熔化特性、润湿性、力学性能、显微组织及相种类。通过TL-1000型高低温循环试验箱测试了-55~125 ℃循环条件下Sn-Ag-Cu焊点的界面层变化。结果表明,随着Ag含量的增加,钎料的熔点变化不大,钎料的润湿角显著降低,N2氛围条件下,3种钎料的润湿性均出现明显的提高。此外,3种焊点的力学性能也随着Ag含量的增加显著提高。Sn0.3Ag0.7Cu、Sn1.0Ag0.5Cu焊点的基体组织存在着少量的Ag3Sn和大颗粒Cu6Sn5化合物,且分布杂乱,Sn3.0Ag0.5Cu焊点的基体组织则相对较为均匀,这也是Sn0.3Ag0.7Cu、Sn1.0Ag0.5Cu焊点的力学性能低于Sn3.0Ag0.5Cu的主要原因。对焊点进行热循环处理,发现3种焊点界面金属间化合物的厚度明显增加,界面层的形貌也由原来扇贝状向层状转化。

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4. FB2马氏体耐热钢在焊接热作用下奥氏体相变过程研究
李克俭,蔡志鹏,吴瑶,潘际銮
金属学报    2017, 53 (7): 778-788.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00521
录用日期: 2017-02-27

摘要42)   HTML2)    PDF (2171KB)(514)   

借助光学显微镜、扫描电镜分析对比了FB2马氏体耐热钢在焊接热模拟前后的组织状态,认为FB2钢在快速加热条件(≥100 ℃/s)下的奥氏体相变是切变型的,表现出奥氏体记忆效应;而在慢速加热条件(≤5 ℃/s)下其奥氏体相变是扩散型的,该过程是受原子短程扩散控制的,并且无奥氏体记忆效应发生。FB2钢在焊接过程中特殊的相变过程是其焊接热影响区呈现出“无粗晶区”的主要原因。结合已有的文献报道,初步提出了B元素改变FB2钢在加热过程中奥氏体相变类型的机理模型,进一步发展了现有的研究结果。

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5. 焊接热循环对Q315NS钢在H2SO4溶液中腐蚀行为的影响
张苏强,赵洪运,舒凤远,王国栋,贺文雄
金属学报    2017, 53 (7): 808-816.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00575
录用日期: 2017-04-19

摘要49)   HTML1)    PDF (1964KB)(447)   

采用焊接热模拟技术和电化学测试技术,研究了Q315NS钢焊接热影响区组织转变规律及焊接热循环对其腐蚀行为的影响。结果表明,Q315NS钢母材、细晶区和混晶区微观组织均由铁素体和珠光体组成,粗晶区主要由粗大的粒状贝氏体组成。在质量分数为50%的H2SO4溶液中,母材和热影响区的等效电路中均包含一个电荷转移电阻和一个由双电层产生的常相位角元件,且均产生了钝化行为。母材和混晶区的电荷转移电阻最大,腐蚀电流密度最小,耐腐蚀性能最好;粗晶区电荷转移电阻最小,腐蚀电流密度最大,耐腐蚀性能最差。腐蚀72 h后,母材、细晶区和混晶区表面生成的腐蚀产物均呈多孔状结构,而粗晶区表面生成的腐蚀产物为短棒状结构。2种结构的腐蚀产物均主要为Fe的硫酸盐,并含有Cu、Sb的氧化物及少量Si。

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6. 焊前混合表面纳米化对2A14铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能的影响
杨建海,张玉祥,葛利玲,程晓,陈家照,高杨
金属学报    2017, 53 (7): 842-850.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00421
录用日期: 2017-04-19

摘要36)   HTML0)    PDF (1423KB)(483)   

采用超音速微粒轰击(SFPB)和表面机械滚压处理(SMRT)相结合的混合表面纳米化(HSNC)方法在2A14铝合金表面制备出梯度纳米结构(GNS)表层,之后进行了搅拌摩擦焊(FSW)。利用OM、SEM和TEM对比研究了HSNC样品和原始样品FSW焊缝的微观组织和断裂形貌。结果表明,GNS表层以类似“S”线复杂形式分布在HSNC样品的热机影响区(TMAZ)和焊核区(NZ)中,形成了纳米层区(NLZ);原始样品显微硬度最低处和断裂位置均发生在前进侧的TMAZ,HSNC样品显微硬度最低处和断裂位置均发生在NZ;HSNC样品的抗拉强度比原始样品提高了6.4%,延伸率比原始样品提高了14.1%,两者的断裂方式均为韧性断裂,但原始样品断口形貌为非等轴韧窝和撕裂韧窝,HSNC样品断口形貌为等轴韧窝。分析表明,由于纳米晶的优异性能,NLZ在提高焊缝强度的同时提高了塑性变形能力。

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7. 马氏体相变对9%Cr热强钢管道多道焊接头残余应力演化的影响
王学,胡磊,陈东旭,孙松涛,李立全
金属学报    2017, 53 (7): 888-896.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00034
录用日期: 2017-04-19

摘要56)   HTML0)    PDF (1451KB)(452)   

使用有限元软件Abaqus计算了考虑马氏体相变影响时9%Cr钢管道多道接头中的应力演化过程,并分析了马氏体相变在应力演化中的作用。结果表明,在管道纵截面上,环向和轴向残余应力的分布相似,但环向残余应力较大。环向和轴向残余压应力的最大值均出现在末道焊缝及热影响区,残余拉应力的最大值则出现在管道中部的焊缝及热影响区,而管道内壁附近的残余应力较低。在末道焊缝附近,发生在较低温度下的马氏体相变不仅抵消了焊缝和热影响区热收缩所形成的拉应力,并且形成了显著的压应力,但马氏体相变并没有消除次表层焊缝显著的残余拉应力。末道焊道对多道焊接头残余应力的影响最大,其原因是马氏体相变虽然在先焊焊缝中形成了很高的压应力,但后续焊道的焊接热循环会显著降低该压应力,使最终结果表现为马氏体相变只显著地降低了末道焊缝及其热影响区内的拉应力,并形成了显著的压应力。马氏体相变对管道外壁附近残余应力的影响较大,而对管道内壁附近残余应力的影响较小。

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8. 大热输入焊接用钢的焊接粗晶热影响区韧性提升方法研究
邹宗园, 许小奎, 李银潇, 王超
金属学报    2017, 53 (8): 957-967.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00551
录用日期: 2017-05-16

摘要56)   HTML4)    PDF (2131KB)(854)   

通过研究焊接热影响区(HAZ)冲击功分布图,提出大热输入焊接用钢焊接粗晶热影响区(CGHAZ)韧性提升的新方法,即在峰值温度不变的条件下,将焊接CGHAZ中晶界铁素体(GBF)和大量针状铁素体(AF)组织改变成细晶热影响区(FGHAZ)多边形铁素体(PF)组织,并消除CGHAZ中破坏韧性的侧板条铁素体(FSP)组织。以对比Ti-V-N与Al-Ti-V-N微合金焊接用钢焊接CGHAZ组织和韧性为基础,探讨了Al-Ti-V-N钢焊接CGHAZ中PF转变条件、形核机制,认为微米级氧化夹杂物是诱导焊接CGHAZ中大量PF形核的关键,纳米级碳氮化物是拖曳、钉扎奥氏体与铁素体晶界的关键,两者的有效配合保证了焊接CGHAZ中大量PF组织生成,从而大幅提升焊接CGHAZ的低温冲击韧性。

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9. 多重热循环和约束条件对P92钢焊接残余应力的影响
邓德安, 任森栋, 李索, 张彦斌
金属学报    2017, 53 (11): 1532-1540.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00007
录用日期: 2017-06-14

摘要46)   HTML4)    PDF (2765KB)(601)   

系统地研究了在经受多重热循环的作用下,P92钢板中焊接残余应力的演化过程与形成机理。基于SYSWELD有限元软件,开发了计及“热-冶金-力学”耦合的计算方法,数值模拟了Satoh试验和2道重熔平板接头的应力场。在数值模拟中,详细考虑了固态相变引起的体积变化、屈服强度变化和相变塑性对残余应力形成过程的影响。同时,采用了盲孔(HD)法和X射线衍射(XRD)法测量了P92钢两道非熔化极气体保护焊(TIG)重熔的平板接头残余应力分布。计算结果和实验结果表明2者吻合较好,验证了所采用的计算方法的有效性和准确性。模拟结果表明,P92钢两道重熔平板接头的纵向残余应力呈现出清晰的拉-压相间分布形态。每道焊缝及其热影响区(HAZ)的纵向残余应力为压应力,HAZ外侧附近产生了较大的纵向拉应力。此外,还采用数值模拟方法探究了横向拘束对焊接残余应力的影响,数值模拟结果表明,横向约束可以明显降低横向残余应力,特别是焊缝端部的应力峰值。

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10. MS X70酸性环境用管线钢焊接接头氢致开裂敏感性及氢捕获效率研究
赵小宇, 黄峰, 甘丽君, 胡骞, 刘静
金属学报    2017, 53 (12): 1579-1587.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00101
录用日期: 2017-08-16

摘要39)   HTML2)    PDF (4559KB)(469)   

对MS X70管线钢母材及其焊接接头氢致开裂(HIC)敏感性进行了评估,利用OM、FE-SEM和EBSD对其显微组织、HIC裂纹及周围的晶界结构进行了观察和分析,并通过计算渗透通量J和氢有效扩散系数Deff对母材及焊接接头的氢捕获效率进行了研究。结果表明,MS X70管线钢母材及其焊接接头的HIC敏感性均不能达到欧标要求,且焊接接头比母材具有更高的HIC敏感性。焊接接头的HIC敏感性较高主要归结于:以条状贝氏体为主的焊缝组织对H原子的捕获效率高于母材;焊接接头中较多的作为H通道的小角度晶界可通过提高大角度晶界氢捕获效率从而增加其裂纹敏感率;焊接接头中较少量低能重位点阵(CSL)晶界和Σ13b、Σ29b重位晶界降低了大角度晶界裂纹扩展抗力从而使其具有更高的HIC敏感性。

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11. 铝合金薄板高转速搅拌摩擦焊接头组织与力学性能
刘奋军, 傅莉, 陈海燕
金属学报    2017, 53 (12): 1651-1658.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00025
录用日期: 2017-06-05

摘要51)   HTML5)    PDF (9228KB)(798)   

采用高转速微型搅拌摩擦焊接工艺实现了0.8 mm厚6061-T6铝合金薄板对接。利用OM、SEM、TEM及EBSD等测试技术探讨了高转速对接头微观组织及力学性能的影响规律。结果表明,高转速焊接6061-T6薄板时,焊缝表面成型良好,焊缝各区域组织呈连续均匀过渡。与常规搅拌摩擦焊相比,高转速工艺下,焊缝区β-Mg2Si、S相(Al2CuMg)和Al8Fe2Si析出相数量增多,特别是长条状β-Mg2Si数量增多,焊缝区显微硬度值明显提升;转速8000 r/min、焊速1500 mm/min条件下,接头最大抗拉强度高达301.8 MPa,是母材抗拉强度(351.7 MPa)的85.8%;转速对6061-T6铝合金超薄板高转速搅拌摩擦焊对接接头抗拉强度影响较小,接头断裂模式为脆性断裂为主的韧-脆混合断裂。

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12. 一种Fe-Cr-Ni-Mo高强高韧合金钢焊接接头的组织和力学性能
胡小锋, 姜海昌, 赵明久, 闫德胜, 陆善平, 戎利建
金属学报    2018, 54 (1): 1-10.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00236
录用日期: 2017-10-17

摘要49)   HTML3)    PDF (1319KB)(836)   

采用熔化极活性气体保护焊(MAG焊)对一种Fe-Cr-Ni-Mo高强高韧合金钢板进行多道次焊接,利用SEM、EPMA、TEM以及拉伸、冲击等实验研究了焊接接头的组织和力学性能。结果表明,焊缝金属由柱状晶和等轴晶组成,其中上部焊缝以柱状晶为主,而下部焊缝的等轴晶含量增加。焊缝上部因冷速较快形成回火马氏体组织;下部因合金元素含量较高,淬硬倾向较强,形成了粒状贝氏体组织。靠近焊缝的热影响区为较粗大的马氏体组织,其硬度最大(621 HV),明显高于母材(410 HV)。上部焊缝金属的硬度为365 HV,低于母材,而下部焊缝的硬度高于焊缝上部和母材,为450 HV。因此,焊接接头上部拉伸试样在焊缝处发生断裂,断裂强度为1109 MPa,而焊缝的下部拉伸试样在母材处发生断裂,断裂强度为1183 MPa。本实验用Fe-Cr-Ni-Mo合金钢的焊接接头强度较高,焊接强度系数不小于0.93,焊缝金属的冲击功为53 J。

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13. 搅拌摩擦焊接产热传热过程与材料流动的数值模拟
武传松, 宿浩, 石磊
金属学报    2018, 54 (2): 265-277.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00294
录用日期: 2017-11-17

摘要117)   HTML8)    PDF (8067KB)(943)   

搅拌摩擦焊接过程中的产热、传热与塑性材料流动行为直接决定了焊接接头的组织演变及力学性能。对这些物理现象开展数值模拟研究,对于深入理解搅拌摩擦焊接过程的物理机制和优化焊接工艺具有重要意义。本文综述了搅拌摩擦焊接过程产热、传热与材料流动数值模拟的国内外研究现状,指出了存在的主要问题。介绍了作者课题组近年来针对这些问题所开展的研究工作。根据搅拌头-工件界面上的受力特点,研发出了黏着系数和摩擦因数的测试-计算法,为提高数值模拟的精度奠定了基础。建立了针对复杂截面形状搅拌针的搅拌摩擦焊接过程数学模型,数值分析了3种典型搅拌头情况下焊接过程中的产热率、温度分布和塑性流动行为。建立了包含下压、停留、焊接及冷却4个阶段的搅拌摩擦焊接全过程的传热-流动耦合模型,模拟了焊接过程各阶段的产热、温度场和塑性材料流动的演变情况。在此基础上,对搅拌摩擦焊接过程数值模拟领域未来的发展趋势进行了展望,提出了下一步的研究重点。

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14. 一种Fe-Cr-Ni-Mo高强钢焊接热影响区的显微组织与冲击韧性研究
文明月, 董文超, 庞辉勇, 陆善平
金属学报    2018, 54 (4): 501-511.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00331
录用日期: 2017-12-12

摘要41)   HTML4)    PDF (13660KB)(549)   

研究了一种Fe-Cr-Ni-Mo高强钢经不同峰值温度(Tp) (760、830、1020和1320 ℃)焊接热循环后的显微组织与冲击韧性。结果表明,随着Tp的升高,特征热影响区的平均冲击功先增大后减小。粗晶区(CGHAZ,Tp=1320 ℃)和细晶区(FGHAZ,Tp=1020 ℃)的显微组织为淬火马氏体。由于晶粒粗大,造成CGHAZ冲击韧性较差,低于晶粒细小的FGHAZ冲击韧性。部分相变区(ICHAZ,Tp=760 ℃和Tp=830 ℃)的显微组织为淬火马氏体和回火马氏体组成的混合组织,由于冲击试样V型缺口处的混合组织界面所占比例具有随机性,造成ICHAZ冲击功波动较大。ICHAZ (Tp=830 ℃)中均匀的细晶组织对冲击裂纹具有止裂作用,使得该微区具有最佳的冲击性能。尽管ICHAZ (Tp=760 ℃)晶粒细小,但存在的极细晶组织(尺寸为1~2 μm)在遭受冲击载荷时易形成密集分布的次生微孔,基体中未溶的M2C及MC析出相促使微孔连接形成裂纹,导致该微区冲击韧性最差,成为热影响区的薄弱区域。

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15. 深海用X70管线钢焊接接头腐蚀行为研究
马歌, 左秀荣, 洪良, 姬颖伦, 董俊媛, 王慧慧
金属学报    2018, 54 (4): 527-536.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00149
录用日期: 2017-10-12

摘要60)   HTML4)    PDF (6540KB)(475)   

通过浸泡实验、失重实验、电化学实验对深海用厚规格X70管线钢焊接接头各区域耐蚀性进行研究,利用XRD分析其钝化膜的组成,利用SEM观察其显微组织。结果表明,焊缝的耐蚀性最优,热影响区耐蚀性次之,近热基体耐蚀性最差,且对于相同区域,内焊的耐蚀性优于外焊。内层腐蚀产物Fe3O4形成致密的钝化膜能有效减缓反应的进行,外层疏松的腐蚀产物Fe2O3、FeOOH、Fe(OH)3对基体无保护作用。焊缝处微观组织多为晶内形核铁素体,且马氏体-奥氏体(M-A)组元细小且均匀分布,耐蚀性最好;热影响区组织梯度变化最大,M-A组元粗大,耐蚀性次于焊缝;近热基体由铁素体和贝氏体组成,贝氏体呈岛状分布,耐蚀性最差。内焊部分受外焊热循环的影响,微观组织更加细化,M-A组元体积分数较多,耐蚀性好于外焊。

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16. 基于焊缝熔深优化的7075铝合金等离子-MIG复合焊接热裂纹敏感性
邵盈恺, 王玉玺, 杨志斌, 史春元
金属学报    2018, 54 (4): 547-556.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00357
录用日期: 2017-12-25

摘要56)   HTML1)    PDF (10406KB)(348)   

通过一次回归正交实验,建立了7075铝合金等离子-MIG复合焊接参数与焊缝熔深之间的定量关系;利用Gleeble-1500热模拟试验机对7075铝合金进行热塑性实验,确定了合金的脆性温度区间;采用鱼骨法对7075铝合金进行焊接热裂纹敏感性实验,并用SEM、EDS等手段分析了热裂纹的类型及产生原因。结果表明,7075铝合金脆性温度区间为470~620 ℃;当焊接热输入分别为2.52、2.95和3.42 kJ/cm时,随着热输入的增加,焊接热裂纹敏感性呈先降低后升高的变化规律,裂纹类型由母材部分熔化区的液化裂纹转变为焊缝金属区的结晶裂纹,其中当热输入量为2.95 kJ/cm时,焊接接头不仅获得最佳的焊缝熔深,而且其热裂纹敏感性最小,焊接热裂纹呈结晶裂纹方式。

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17. 高温时效对S31042钢线性摩擦焊接头组织和力学性能的影响
李彦默, 刘晨曦, 余黎明, 李会军, 王祖敏, 刘永长, 李文亚
金属学报    2018, 54 (7): 981-990.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00483
录用日期: 2018-01-30

摘要57)   HTML5)    PDF (19737KB)(417)   

以使用线性摩擦焊工艺连接的S31042钢接头为研究对象,在700 ℃下对其进行长期时效和力学性能测试。通过OM、SEM、TEM和拉伸实验研究高温时效对S31042钢线性摩擦焊接头组织和力学性能的影响。结果表明,在700 ℃长期时效过程中,线性摩擦焊中形成的再结晶晶粒和纳米级NbCrN相的稳定性较好,细晶强化和析出强化的综合作用使接头保持优异的高温性能。而焊缝区、热力影响区及热影响区中不同类型的M23C6相在时效过程中均发生粗化。在时效500 h样品的热力影响区中初次观察到σ相,随着时效时间的延长,σ相的析出数量增加且尺寸增大,导致摩擦焊接头的高温力学性能急剧降低。

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18. TA1/Cu/X65复合板焊接接头微观组织及力学性能
张敏, 慕二龙, 王晓伟, 韩挺, 罗海龙
金属学报    2018, 54 (7): 1068-1076.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00423
录用日期: 2018-01-19

摘要45)   HTML4)    PDF (7225KB)(367)   

对TA1/Cu/X65三层复合板(复层TA1厚2 mm,中间层Cu厚1 mm,基层X65管线钢厚12 mm)进行了钨极氩弧焊(TIG)对接焊,设计并制备了过渡层焊接材料Cu-Ag-Mo-Nb药芯焊丝,从而对焊接接头性能进行有效冶金调控。通过SEM、EDS、XRD、TEM对接头组织特征、界面元素分布进行了分析鉴定,通过拉伸和显微硬度实验测试了接头的力学性能。结果表明,焊缝各层填充金属之间冶金结合良好,且有明显的熔合线和过渡带,其中,在Ti焊缝和过渡层焊缝之间存在宽度大约为150 μm的Ti-Cu冶金反应区,过渡层焊缝和钢焊缝之间的组织主要是铁基固溶体和铜基固溶体。中间Cu夹层和Cu-Ag-Mo-Nb药芯焊丝的使用,抑制了Ti-Fe硬脆金属间化合物的产生,形成了塑性相对较好的铜基固溶体和Ti-Cu、Ti-Ag等金属间化合物。接头的平均抗拉强度为507 MPa,主要由X65层贡献。焊缝硬度在各过渡界面处均发生突变,其中在Cu-Ag-Mo-Nb、ERTi-1焊缝处硬度可高达447和507 HV100,对接头塑韧性有很大影响。

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19. 冶金型气孔对熔化焊接7020铝合金疲劳行为的影响
宋哲, 吴圣川, 胡雅楠, 康国政, 付亚楠, 肖体乔
金属学报    2018, 54 (8): 1131-1140.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00448
录用日期: 2018-02-06

摘要49)   HTML4)    PDF (6832KB)(491)   

基于同步辐射X射线三维高精度原位成像技术,识别和统计出工艺稳定的激光复合焊接7020铝合金接头中的气孔数量、形貌、尺寸和空间分布特征,结合气孔统计数据结果和焊缝晶粒大小,定义了7020铝合金激光复合焊接头中影响接头疲劳性能的气孔临界尺寸。利用同步辐射X射线三维原位疲劳实验数据和疲劳断口形貌,探讨了疲劳试样裂纹源处气孔尺寸、应力和疲劳寿命之间的定量关系。同时,基于有限元仿真分析,研究了不同位置下气孔处的应力场状态。最后,通过疲劳裂纹扩展速率实验,揭示了气孔对疲劳裂纹萌生、扩展和试样瞬断的影响。研究结果表明,激光复合焊接头临界气孔尺寸可定为30 μm;同步辐射X射线成像和疲劳断口显示,较大的表面气孔和近表面的气孔较容易萌生疲劳裂纹。仿真研究也表明,气孔周围的应力集中程度随着气孔位置由表面向内部移动呈现出先增大后减小最后趋于稳定的趋势;疲劳裂纹扩展速率数据分布趋势表明,气孔对长裂纹扩展过程的影响较小,可忽略不计,但一般认为对裂纹前缘形貌有较大影响。

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20. 镁合金搅拌摩擦焊接的研究现状与展望
马宗义, 商乔, 倪丁瑞, 肖伯律
金属学报    2018, 54 (11): 1597-1617.   doi:10.11900/0412.1961.2018.00392
录用日期: 2018-09-07

摘要136)   HTML25)    PDF (10201KB)(1284)   

近年来,镁合金在汽车、轨道交通、航空航天等领域的应用需求快速增长,其可靠连接的重要性愈发突出。作为固相焊接技术,搅拌摩擦焊(FSW)对镁合金焊接具有独特优势,因此得到了广泛关注。本文重点综述了镁合金常规对接FSW的研究进展,就焊接工艺、微观组织演化、织构分布特征、接头力学性能及其之间的相互作用机制进行了详细分析与评述。研究表明,不同于铝合金,在变形镁合金FSW时,织构是影响接头性能的关键因素,焊后形成的特殊强织构分布是导致接头难以达到与母材同等强度的主要原因。同时,对其它焊接形式如搭接焊、点焊、双面焊的可焊性及接头性能的影响因素与变化规律进行了讨论,并对镁合金与其它镁合金、铝合金以及钢之间异种焊的可焊性、界面结合机制、接头性能的影响因素及调控方法进行了评述。最后,对镁合金FSW的未来研究方向进行了展望。

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21. 层间温度对9%Cr热强钢管道多层多道焊接头残余应力的影响
胡磊, 王学, 尹孝辉, 刘洪, 马群双
金属学报    2018, 54 (12): 1767-1776.   doi:10.11900/0412.1961.2018.00051
录用日期: 2018-10-17

摘要63)   HTML1)    PDF (10027KB)(297)   

使用有限元法研究了不同层间温度(IPT)时,在9%Cr热强钢管道多层多道焊接头残余应力演化中马氏体相变作用的差异,揭示了层间温度对残余应力作用的机理。结果表明,提高层间温度可以显著降低接头内的残余拉应力,特别是管道中部区域焊缝(WM)内的残余拉应力降低明显。其机理主要有2方面:一是提高层间温度可保留较高含量的奥氏体,屈服强度低的奥氏体在冷却时积累的残余拉应力较低;二是高的层间温度阻止了马氏体相变在每道焊道焊完后立即进行,从而避免了马氏体相变降低拉应力的效果被后焊焊道的焊接热循环所消除和在随后焊道的焊接热循环中重新积累较大的拉应力。层间温度对9%Cr热强钢管道多层多道焊残余应力分布的影响取决于热收缩和马氏体相变的综合作用,当层间温度较低(低于马氏体转变终了温度Mf)时,热收缩占主导作用,此时接头的大部分区域以残余拉应力为主,只在末道焊道焊缝及其热影响区(HAZ)内形成较大的压应力;当层间温度较高(高于马氏体转变开始温度Ms)时,马氏体相变占主导作用,此时接头以残余压应力为主。

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22. SiCp/6092Al复合材料搅拌摩擦焊接头的疲劳行为研究
王晨, 王贝贝, 薛鹏, 王东, 倪丁瑞, 陈礼清, 肖伯律, 马宗义
金属学报    2019, 55 (1): 149-159.   doi:10.11900/0412.1961.2018.00220
录用日期: 2018-10-15

摘要42)   HTML3)    PDF (10833KB)(533)   

为获得高质量、疲劳性能优异的SiCp/6092Al复合材料搅拌摩擦焊接头,对3 mm厚的T6态SiCp/6092Al复合材料轧制板材分别在50 mm/min的低焊速和800 mm/min的高焊速下进行搅拌摩擦焊接,转速恒为1000 r/min,研究焊速对接头的组织演变及拉伸性能、高周疲劳性能的影响。结果表明,高焊速接头表面“鱼鳞纹”较明显,且横截面方向的焊核区形貌与低焊速接头具有一定差异。焊速增加显著提高了FSW接头的硬度和拉伸强度,而对于未打磨表面的接头却未能提高接头的疲劳极限,低焊速下接头的高周疲劳极限为150 MPa,高焊速下接头的高周疲劳极限降为140 MPa。不同循环应力加载下,试样表现出不同的断裂方式。高应力下,低焊速接头由表面“鱼鳞纹”凹痕引起疲劳断裂,而高焊速接头是由焊核区底部的涡旋区流动不充分引起断裂。在低应力下,未打磨试样均由接头表面“鱼鳞纹”凹痕引起疲劳断裂,三维表面形貌显示高焊速接头表面粗糙度较大是造成疲劳极限较低的原因。与未打磨试样相比,经过打磨抛光后的接头光滑表面试样的疲劳极限提高了40~65 MPa,且高焊速下的光滑试样表现出更高的疲劳极限(205 MPa),光滑表面接头在疲劳测试时均在最低硬度区及其附近区域发生断裂。

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23. X80钢焊接残余应力耦合接头组织不均匀下氢扩散的数值模拟
张体明, 赵卫民, 蒋伟, 王永霖, 杨敏
金属学报    2019, 55 (2): 258-266.   doi:10.11900/0412.1961.2018.00060
录用日期: 2018-11-19

摘要49)   HTML3)    PDF (4999KB)(339)   

采用ABAQUS软件建立了煤制气管线X80钢螺旋焊管三维模型,综合考虑焊接残余应力和组织不均匀性的影响,进行了焊接接头氢扩散的数值模拟。结果表明,残余应力和组织不均匀都会导致氢扩散的发生,氢浓度的分布规律与静水应力分布特征相似,即静水应力越高的区域,相应的氢浓度也较高,说明残余应力的影响大于组织不均匀性的影响。氢浓度最高的焊缝区比不考虑残余应力时提高了2.7倍,通过等效充氢压力下的慢应变速率拉伸实验发现,氢脆系数由不考虑残余应力时的18.56%上升至考虑残余应力所致氢富集条件下的32.53%,增加幅度达到75.27%。因此,残余应力是导致焊接接头氢富集进而影响氢脆失效的重要因素,采用数值模拟方法确定氢富集程度则是评估煤制气管线焊接接头安全性的重要基础。

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24. 焊接线能量对5182-O/HC260YD+Z异种材料CMT搭接接头组织与性能的影响
吉华,邓运来,徐红勇,郭伟强,邓建峰,范世通
金属学报    2019, 55 (3): 376-388.   doi:10.11900/0412.1961.2018.00219
录用日期: 2018-09-19

摘要57)   HTML1)    PDF (27746KB)(241)   

以AlSi5焊丝作为填充材料,采用冷金属过渡(CMT)焊接技术对5182-O/HC260YD+Z异种材料进行搭接熔钎焊,借助OM、XRD、SEM、EDS分析了不同工艺参数下搭接接头的宏观形貌及微观组织特征,并对接头显微硬度及剪切强度进行了测试。结果表明,焊接线能量通过影响钎焊界面IMCs层厚度进而影响接头性能及断裂类型;当送丝速率为5 m/min、焊接速率为9 mm/s时,IMCs层厚度约为6 μm,接头剪切强度可达160 MPa;接头断口形式分为“熔焊界面型”及“钎焊界面型”,近起弧处均为“熔焊界面型”断口,随着焊接线能量增加,钎焊界面IMCs层厚度增加,近收弧处断口类型逐渐由“熔焊界面型”向“钎焊界面型”演变;当焊缝单位长度上焊机输出功为150~210 J/mm时,IMCs层厚度小于9 μm,接头剪切强度较好,且较易获得“熔焊界面型”断口。

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25. E690高强低合金钢焊接热影响区典型组织在含SO2海洋环境中的应力腐蚀行为对比研究
马宏驰, 杜翠薇, 刘智勇, 李永, 李晓刚
金属学报    2019, 55 (4): 469-479.   doi:10.11900/0412.1961.2018.00140
录用日期: 2019-01-03

摘要45)   HTML3)    PDF (45893KB)(363)   

采用U形弯试样干湿交替腐蚀的实验方法,结合电化学测试和裂纹扩展行为分析,对比研究了E690钢焊接热影响区热模拟组织在模拟含SO2海洋薄液环境中的应力腐蚀行为及机理。结果表明,E690钢焊接热影响区组织在含SO2海洋薄液环境中具有较高的应力腐蚀敏感性,其中细晶热影响区组织与母材的应力腐蚀敏感性相对较低,粗晶和临界热影响区组织在该环境中应力腐蚀敏感性很高,裂纹扩展速率较快,且呈加速扩展之势。不同组织U形弯试样经过5 d干湿交替腐蚀实验后均形成应力腐蚀微裂纹,裂纹萌生于马氏体-奥氏体(M-A)组元与铁素体基体之间微电偶腐蚀形成的点蚀坑处。

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26. 喷丸表面粗糙度对纯Ti焊接接头在HCl溶液中应力腐蚀开裂行为的影响
张聪惠, 荣花, 宋国栋, 胡坤
金属学报    2019, 55 (10): 1282-1290.   doi:10.11900/0412.1961.2019.00056
录用日期: 2019-05-21

摘要51)   HTML0)    PDF (15731KB)(207)   

采用慢应变速率拉伸(SSRT)实验研究了TA2纯Ti焊接接头原始试样、超声喷丸(USSP)处理试样和USSP+表面打磨处理试样在10%HCl溶液中的应力腐蚀行为,通过OM、TEM、SEM分别对焊接接头各区域组织及腐蚀断口形貌进行了观测,对不同工艺处理试样的表面粗糙度、残余应力进行了测定,并对其腐蚀机理进行了分析。结果表明,纯Ti焊接接头在该体系中应力腐蚀与氢脆同时存在,焊缝区为焊接接头的薄弱环节,最先发生失效。原始试样在该体系中应力腐蚀开裂敏感性指数(ISCC)为25.61%,具有应力腐蚀倾向;USSP处理试样的ISCC为18.24%,USSP+1500#表面打磨处理试样的ISCC为11.96%,均无明显应力腐蚀倾向。USSP处理试样表面粗糙度较大,易引起应力集中形成裂纹源,与腐蚀坑作用相似;USSP+表面打磨处理减小了试样表面粗糙度,应力分配更加均匀,试样延伸率增加,塑性提升,进一步改善了材料的抗应力腐蚀开裂性能。

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27. TC11/TC17钛合金线性摩擦焊接头界面研究
杜随更,高漫,徐婉婷,王喜锋
金属学报    2019, 55 (7): 885-892.   doi:10.11900/0412.1961.2018.00512
录用日期: 2019-04-29

摘要50)   HTML2)    PDF (22210KB)(344)   

采用OM、SEM、TEM等手段对TC11和TC17钛合金线性摩擦焊接界面的显微组织进行了分析。结果表明,在焊合界面处发生了动态再结晶,形成了共有晶粒和共有晶界,共有晶粒内焊合界面处形成了一个相界面。合金元素在共有晶界和共有晶粒内相界面处均发生了相互扩散。在共有晶粒和共有晶界形成过程中对溶质元素的排斥、吸附与拖曳作用下,共有晶粒内相界面处合金元素的变化范围比共有晶界处宽,且焊合区相界面处的成分变化要大于相内部。焊合界面处形成了大量细小的针状α相,其内有大量的变形孪晶。共有晶粒内的焊合界面的微观结构包括2个界面(两侧材料各自的再结晶生长界面)和2个生长区(有序和无序),该处动态再结晶也有类似于凝固结晶的有序和无序结晶过程。

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28. X80管线钢焊接接头的模拟重构及电偶腐蚀行为表征
李亚东,李强,唐晓,李焰
金属学报    2019, 55 (6): 801-810.   doi:10.11900/0412.1961.2018.00562
录用日期: 2019-04-09

摘要66)   HTML0)    PDF (10490KB)(417)   

利用离散、热模拟处理和模块化重构的微电极阵列对X80管线钢焊接接头进行模拟重构,并联用经典电化学测试技术和微电极阵列测试技术研究了X80钢模拟焊接接头及孤立分区在CO2饱和的NACE溶液中的电偶腐蚀行为。结果表明,在NACE溶液中,孤立的细晶区开路电位最正,腐蚀倾向小,而焊缝的电位最负,腐蚀倾向大;各部分的腐蚀电流密度大小关系为:部分相变区>细晶区>粗晶区>母材>焊缝;模拟X80钢焊接接头组织中,粒状贝氏体与铁素体的混合组织的开路电位最正,极化电阻最小。当各组成部分耦合后,模拟焊接接头中的焊缝和粗晶区作为主要阳极,腐蚀加速;细晶区和部分相变区作为主要阴极,腐蚀减缓;邻近热影响区的母材微电极以阳极性电流为主,远离热影响区的母材微电极以阴极性电流为主。提出电偶腐蚀强度因子用于表征电偶腐蚀强度。孤立的焊缝区的自腐蚀电流密度虽最小,但在电偶腐蚀的加速作用下,焊缝与粗晶区作为模拟焊接接头的薄弱环节,首先因腐蚀而失效。

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