高强铝合金脉冲变极性等离子弧焊接头组织与性能

第37卷第11期2016年11月

焊一接一学一报

TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION

Vol.37一No.11November一2016

收稿日期:2016-06-14

基金项目:国家自然科学基金资助项目(51365032);教育部新世纪

优秀人才支持资助项目(NCET -10-0908)

高强铝合金脉冲变极性等离子弧焊接头组织与性能

李国伟,一陈芙蓉,一韩永全,一樊伟杰

(内蒙古工业大学材料科学与工程学院,呼和浩特一010051)

摘一要:采用脉冲变极性等离子弧焊对厚度10mm 的7075铝合金进行焊接,利用光学显微镜二扫描电子显微镜二X 射线衍射仪二万能拉伸试验机和显微硬度仪对焊缝的显微组织和焊接接头的力学性能进行了分析和测试,研究植入脉冲对焊接接头组织及力学性能的影响.结果表明,植入脉冲后焊接接头成形良好,由于高低频脉冲的周期性变化引起熔池液体强烈的搅拌作用,细化了焊缝的显微组织,强化相T 相得到细化,提高了焊缝的抗拉强度和显微硬度,焊缝处的抗拉强度为397.9MPa,约为母材强度的67.5%,比未植入脉冲时提高了5.13%,焊缝质量有所提高.关键词:脉冲变极性等离子弧;7075铝合金;微观组织;力学性能中图分类号:TG 456.2一一

文献标识码:A一一

文章编号:0253-360X (2016)11-0027-04

0一序一一言

高强铝合金以其高强二轻质二高韧二耐腐蚀等优

良特性被广泛应用于航空航天领域[1].铝合金容易氧化,在焊接过程中需去除氧化膜.变极性等离子弧(variable polarity plasma arc,VPPA)焊技术具有焊后变形小,能量集中等优点.焊件不需开坡口二焊道窄,且单面焊双面成形,立焊时有利于排除焊缝中的气体和夹杂,在焊接过程中能很好地去除氧化膜,可获得无缺陷焊缝,在铝合金的焊接中具有很好的应用前景[2,3].

国旭明等人[4]研究了单二双脉冲MIG 焊工艺对LD10CS 高强铝合金焊接接头组织及力学性能的影响.结果表明,单脉冲MIG 焊时,焊缝成形较差,焊接变形量大;而双脉冲MIG 焊时,焊缝表面呈现清晰的鱼鳞纹状二焊接变形明显减小,焊后焊缝组织明显细化,焊接接头的力学性能有所提高.陈树君等人[5]研究发现,高低频混合调制变极性电流波形能够在保证铝合金清理效果二降低钨极烧损二提高电弧稳定性的前提下,可以减少气孔二控制焊缝成形二提高焊缝的拉伸强度和断后伸长率.从保强等人[6]采用超快变换中高频变极性方波TIG 焊接2219-T87高强铝合金,提高电流极性变换频率可明显细化焊缝组织,提高焊缝中心区显微硬度,有利于改善和提高焊接接头的拉伸力学性能.孔祥玉等人[7]采用双脉冲MIG 焊焊接铝合金薄板,焊缝枝晶组织细小,

整个焊缝成分偏析程度较轻.焊缝成形好,接头气孔率低,力学性能好.综上所述,焊接过程中植入脉冲对提高焊接接头的力学性能有一定的作用.文中在之前工作的基础上,对中厚板7075铝合金的变极性等离子弧焊焊接电流植入脉冲,对焊接接头的组织和力学性能进行分析,以探讨脉冲对7075铝合金的变极性等离子弧焊焊缝组织和性能的影响.

1一试验方法

试验材料为7075-T651铝合金板,尺寸规格为

140mm ?70mm ?10mm,选用?1.2mm ER5183铝镁合金焊丝,具体成分如表1所示.采用对接方式进行焊接.焊前用钢刷和砂纸对试件表面进行机械清理,去除表面氧化膜,用丙酮去除表面油污.焊接工艺参数如表2所示,力学性能取样垂直于焊缝的轴向,线切割加工成拉伸试样.采用VPPA-300型变极性等离子弧焊接电源和PMW-300型等离子弧焊枪,离子气和保护气均为99.9%的氩气.采用Vert.A1Axio Imager 倒置式蔡司光学显微镜对接头显微组织进行观察.采用QUANTA FEG650场发射电镜和日立S-3400N 扫描电镜对微观形貌进行观察.利用D /Max 2500X 射线衍射仪测定焊缝物相组成.利用HXD-1000TM 显微硬度计测量焊接接头的显微硬度,载荷为2N,加载时间为15s,取点位置约为距焊缝表面的1/2处.

采用MSP430开发软件编程,实现对焊接电流进行低频二高频及高低频同时的调制,以达到改善变极性等离子弧焊电弧稳定性和焊缝性能的目的.高

万方数据

焊接接头的组成

1、焊接接头的组成，影响焊接接头组织和性能的因素。 （1）接头组成：包括焊缝、熔合区和热影响区。 （2）组织1）焊缝区接头金属及填充金属熔化后，又以较快的速度冷却凝固后形成。焊缝组织是从液体金属结晶的铸态组织，晶粒粗大，成分偏析，组织不致密。 但是，由于焊接熔池小，冷却快，化学成分控制严格，碳、硫、磷都较低，还通过渗合金调整焊缝化学成分，使其含有一定的合金元素，因此，焊缝金属的性能问题不大，可以满足性能要求，特别是强度容易达到。 2）熔合区熔化区和非熔化区之间的过渡部分。熔合区化学成分不均匀，组织粗大，往往是粗大的过热组织或粗大的淬硬组织。其性能常常是焊接接头中最差的。 熔合区和热影响区中的过热区(或淬火区)是焊接接头中机械性能最差的薄弱部位，会严重影响焊接接头的质量。 3）热影响区被焊缝区的高温加热造成组织和性能改变的区域。低碳钢的热影响区可分为过热区、正火区和部分相变区。 (1)过热区最高加热温度1100℃以上的区域，晶粒粗大，甚至产生过热组织，叫过热区。过热区的塑性和韧性明显下降，是热影响区中机械性能最差的部位。 (2)正火区最高加热温度从Ac3至1100℃的区域，焊后空冷得到晶粒较细小的正火组织，叫正火区。正火区的机械性能较好。 (3)部分相变区最高加热温度从Ac1至Ac3的区域，只有部分组织发生相变，叫部分相变区。此区晶粒不均匀，性能也较差。在安装焊接中，熔焊焊接方法应用较多。焊接接头是高温热源对基体金属进行局部加热同时与熔融的填充金属熔化凝固而形成的不均匀体。根据各部分的组织与性能的不同，焊接接头可分为三部分。， 在焊接发生熔化凝固的区域称为焊缝，它由熔化的母材和填充金属组成。而焊接时基体金属受热的影响(但未熔化)而发生金相组织和力学性能变化的区域称为热影响区。熔合区 是焊接接头中焊缝金属与热影响区的交界处，熔合区一彀很窄，宽度为0．1～0．4mm。（3）影响焊接接头性能的因素焊接材料焊接方法焊接工艺 2、减少焊接应力常采用的措施有哪些？ (1)选择合理的焊接顺序(2)焊前预热(3)加热“减应区”(4)焊后热处理 3焊接变形的基本形式有哪些？消除焊接变形常用的措施有哪些？ (1)焊接变形1)收缩变形2)角变形3)弯曲变形4)波浪形变形5)扭曲变形 (2)措施1)合理设计焊接构件 2)采取必要的技术措施①反变形法②加裕量法③刚性夹持法④选择合 理的焊接顺序⑤采用合理的焊接方法

3第三章 焊接接头的组织和性能

第3章焊接接头的组织和性能 ?焊接熔池的结晶特点:非平衡结晶、联生结晶和竞争成长以及成长速度动态变化。 联生结晶：一般情况下，以柱状晶的形式由半熔化的母材晶粒向焊缝中心成长，而且成长的取向与母材晶粒相同，从而形成所谓的联生结晶。（焊缝的柱状晶是从半熔化的母材晶粒开始成长的，其初始尺寸等于焊缝边界母材晶粒的尺寸，因而可以预料，在焊接热循环的作用下，晶粒易过热粗化的母材，其焊缝柱状晶也会发生粗化。） 竞争成长：只有最优结晶取向与温度梯度最大的方向（即散热最快的方向，亦即熔池边界的垂直方向）相一致的晶粒才有可能持续成长，并一直长到熔池中心。 ?焊接熔池的结晶形态：主要存在两种晶粒，柱状晶粒（有明显方向性）和少量的等轴晶粒。 其中，柱状晶粒是通过平面结晶、胞状结晶、胞状树枝结晶或树枝状结晶所形成。等轴晶粒一般是通过树枝状结晶形成的。具体呈何种形态，完全取决于结晶期间固-液界面前沿成分过冷的程度。 熔池结晶的典型形态：（1）平面结晶：固-液界面前方液相中的温度梯度G很大，液相温度曲线T不与结晶温度曲线T 相交，因而液相中不存在成分过冷（实际温度低于结晶温度） L 区。 在短距离内相交，形成较小的成分过冷（2）胞状结晶：液相温度曲线T与结晶温度曲线T L 区。断面呈六角形胞状形态。 (3)胞状树枝结晶：随固-液界面前方液相中的温度梯度G的减小，液相温度曲线T与结晶温 相交的距离增大，所形成的成分过冷区增大。 度曲线T L （4）树枝状结晶：当固-液界面前方液相中的温度梯度G进一步减小时，液相温度曲线T 与结晶温度曲线T 相交的距离进一步增大，从而形成较大的成分过冷区。 L （5）等轴结晶：自由成长，几何形状几乎对称。 随着成分过冷程度的增加，依次出现平面晶（形成较缓慢）、胞状晶、胞状树枝晶、树枝晶、等轴晶形态。 影响成分过冷的主要因素：熔池金属中溶质含量W、熔池结晶速度R、液相温度梯度G。 溶质含量W增加，成分过冷程度增大；结晶速度R越快，成分过冷程度越大；温度梯度G越大，成分过冷程度越小。 随晶体逐渐远离焊缝边界而向焊缝中心生长，温度梯度G逐渐减小，结晶速度R逐渐增大，溶质含量逐渐增加，成分过冷区液逐渐加大，因而结晶形态将依次向胞状晶、胞状树枝晶及树枝晶发展。熔池中心附近可能导致等轴晶粒的形成。 ?焊缝的相变组织： 1、低碳钢焊缝的相变组织。 （1）铁素体和珠光体。冷却速度越快，焊缝金属中珠光体越多，而且组织细化， 显微硬度增高。采用多层焊或对焊缝进行焊后热处理，也可破坏焊缝的柱状晶，得 到细小的铁素体和少量珠光体，从而起到改善焊缝组织的性能。 （2）魏氏组织。由过热导致。焊缝含碳量和冷却速度处在一定范围内时产生，更易在粗晶奥氏体内形成。 2、低合金钢焊缝的相变组织。低合金钢焊缝中可能形成铁素体F、珠光体P、贝氏体 B、马氏体M。 （1）铁素体F：先共析铁素体GBF、侧板条铁素体FSP、针状铁素体AF、细晶铁素体FGF。

焊接接头的组织

焊接接头的组织 一、实验目的 1.掌握焊接接头各区域典型的金相组织。 2.熟悉焊接接头各区域的性能变化。 二、实验设备及材料 1.金相显微镜。 2.焊接试样。 3.预磨机 4.抛光机 三、实验原理 熔化焊是局部加热的过程，焊缝及其附近的母材都经历一个加热和冷却的过程。焊接热过程将引起焊接接头组织和性能的变化，从而影响焊接质量。 焊接接头组织由焊缝金属和热影响区两部分组成。现以低碳钢为例，根据焊缝横截面的温度分布曲线，结合铁碳合金相图，对焊接接头各部分的组织和性能变化加以说明，见图13-1。 1．焊缝金属 焊缝区的金属在焊接时处于完全熔化状态，它的结晶是从熔池底壁上许多未熔化的晶粒开始的。因结晶时各个方向冷却速度不同，垂直于熔合线方向冷却速度最大，所以晶粒由垂直于熔合线向焙池中心生长，最终呈柱状晶，如图13-2所示。熔池中心最后结晶，聚集了等轴状低熔点合金和夹杂物，并可能在此处形成裂纹。 焊缝金属结晶后，其成分是填充材料与熔化母材混合后的 平均成分。在随后的冷却过程 中，若发生相变，则上述组织均 要发生不同程度的转变。对低碳 钢来说，焊缝组织大部分是柱状的铁素体加少量的珠光体。 2．热影响区 热影响区是指焊缝两侧因焊接热作用而发生组织和性能变化的区域。按受热影响的大小，热影响区可分为熔合区、过热区、正火区和部分相变区。 1）熔合区 熔合区是焊缝和基体金属的交界区，相当于加热到固相线和液相线之间的区域。由于该区域温度高，基体金属部分熔化，所以也称为“半熔化区”。熔化的金属凝固成铸态组织，未熔化金属因温度过高而长大成粗晶粒。此区域在显微镜下一般为2~3 个晶粒 图13-1 低碳钢焊接接头组织变化示意图 1-熔合区；2-过热区；3-正火区；4-部分相变区

等离子弧焊的研究现状及发展趋势

等离子弧焊的研究现状及发展趋势 1 概述 等离子弧焊发明于1953年，英文学名为“Plasma Arc Welding”，缩写为PAW，由钨极氩弧焊发展而成，是该领域内的一项重大技术创新。等离子弧焊与原始的TIG焊相比，具有优质、高效、经济等优点，早在上世纪60年代初已成功用于金属制品生产。近20年来，等离子弧焊技术获得了进一步的发展，并成为现代焊接结构制造业中不可缺少的精密焊接工艺方法,在压力容器、管道、航天航空、石化装置、核能装备和食品及制药机械生产中得到普遍的推广应用，可以焊接普通优质碳钢、低合金钢、不锈钢、镍基合金、铜镍合金、钛、钽、锆及其合金和铝及其合金等金属材料。 为充分发挥等离子弧焊方法的潜在优势,增强其工艺适应性，进一步扩大应用范围，已开发出各种等离子弧焊工艺方法，如微束等离子弧焊、熔透型（弱等离子）等离子弧焊、锁孔型等离子弧焊、脉冲等离子弧焊、交流变极性等离子弧焊、等离子弧钎焊和等离子弧堆焊等。可以预料，等离子弧焊必将在现代工业生产中发挥出愈来愈重要的作用。 2 等离子弧焊的基本工作原理 等离子弧焊是早期对焊接电弧物理深入研究的最重要的成果之一。通过试验研究发现，在任何一种焊接电弧中，都存在温度超过3000℃的等离子区，但在自由状态的电弧中，这一区域的尺寸显得过小，且紧靠阴极，未能充分发挥其作用。TIG焊自由状态电弧的形貌成锥形，大部分能量被散失，电弧的热效率很低,从而大大降低了焊接效率。为充分利用电弧的能量，自然萌发出将电弧柱进行压缩，使其能量集中的想法，并逐步形成了等离子弧焊的设计思想。 等离子弧是一种被压缩的钨极氢弧，或者说是一种受约束的非自由电弧。一般情况下，借助于水冷喷嘴的约束作用，等离子体电弧弧柱在压缩作用下形成压缩电弧，即等离子弧。等离子弧由特殊结构的等离子体发生器产生，具有热压缩效应、机械压缩效应以及电磁压缩效应的特点。根据电极接电方式，等离子弧可以分为非转移型等离子弧和转移型等离子弧。 非转移型等离子弧的电极接负极，喷嘴接正极，电极与喷嘴之间产生等离子

影响焊接接头组织与性能的因素分析

影响焊接接头组织与性能的因素分析 1．材料的匹配 材料的匹配主要是指焊接材料（包括焊剂）的选用，焊接材料将直接影响接头的组织和性能。通常情况下，焊缝金属的化学成分及力学性能与母材相近。但考虑到铸态焊缝的特点和焊接应力的作用，焊缝的晶粒比较粗大并有存在偏析，产生裂纹、气孔和夹渣等焊接缺陷的可能性，因此常通过调整焊缝金属的化学成分以改善焊接接头的性能。 2. 指定母材和焊材时，焊接热输入量，焊接层数，道数，层间温度都有影响。一般来说，热输入不要太大，焊接层数多一些，焊层偏薄一些，热输入量是指热源功率与焊接速度之比。热输入量的大小，不仅影响过热区晶粒粗大的程度，而且直接影响到焊接热影响区的宽度。热输入量越大，则焊接接头高温停留时间越长，过热区越宽，过热现象也越严重，晶粒也越粗大，因而塑性和韧性下降也越严重，甚至会造成冷脆。因此，应尽量采用较小的热输入量，以减小过热区的宽度，降低晶粒长大的程度。在低温钢焊接时尤为重要，应严格控制热输入量，防止晶粒粗化而降低低温冲击韧性。 3要控制好焊接的层间温度，层间温度主要影响的是相变区间，也就是说，不同的层间温度会造成不同的相变温度与相转变时间从而得到不同比例的相组织。一般来说，层间温度过高,会使晶粒长大,强度指标会偏低。低合金钢焊材的层间温度以控制在150℃±15℃为宜。

4另外每一焊道间一定要清理干净，见金属光泽。如果是不锈钢，还应注意冷却速率，注意t-800/500区间不能停留太久。 5．熔合比 熔合比是指在焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例。熔合比对焊缝性能的影响与焊接材料和母材的化学成分有关。当焊接材料与母材的化学成分基本相近且熔池保护良好时，熔合比对焊缝的熔合区的性能没有明显的影响。当焊接材料与母材的化学成分不同时，如碳、合金元素和硫、磷等杂质元素的含量不同，那么，在焊缝中紧邻熔合区的部位化学成分变化比较大，变化的幅度与焊接材料同母材间化学成分的差异及熔合比有关。化学成分相差越大，熔合比越大，则变化幅度也越大，不均匀程度及其范围也增加，从而使该区组织变得较为复杂，在一定条件下还会出现不利的组织带，导致性能大大下降。 在生产实践中，为了调节熔合比的大小，除了调节焊接线能量及其他工艺参数（如焊件预热温度、焊条直径等）以外，调节焊接坡口的大小，对熔合比有较大的影响。因为不开坡口，熔合比最大；坡口越大，熔合比就越小。 6．焊接工艺方法 在选择焊接工艺方法时，应根据其对焊接接头组织和性能的影响，结合其他要求综合考虑。 7．焊后热处理 （1）消氢处理消氢处理主要是为了加速氢的扩散逸出，防止产生延迟裂纹。其加热温度很低，不会使焊接接头的组织和性能发生变化。

焊缝接头组织的金相观察与分析

焊缝接头组织的金相观察与分析 一、实验说明 焊接是工业生产中用来连接金属材料的重要加工方法。根据工艺特点不同，焊接方法又分为许多种，其中熔化焊应用得最广泛。 熔化焊的实质就是利用能量高度集中的热源，将被焊金属和填充材料快速熔化，热后冷却结晶而形成牢固接头。 由于熔化焊过程的这一特点，不仅焊缝区的金属组织与母材组织不一样，而且靠近焊缝区的母材组织也要发生变化。这部分靠近焊缝且组织发生了变化的金属称为热影响区。热影响区内，和焊缝距离不一样的金属由于在焊接过程中所达到的最高温度和冷却速度不一样，相当于经受了不同规范的热处理，因而最终组织也不一样。 以低碳钢为例，根据热影响区内各区段在焊接过程中所达到的最高温度范围，依次分为熔合区（固相线一液相线），过热区（1100℃——固相线）；完全正火区（AC3——1100℃）；不完全旺火区（AC1～AC3）。对易淬火钢而言，还会出现淬火组织。 焊接结构的服役能力和工作可靠性，既取决于焊缝区的组织和质量，也取决于热影响区的组织和宽窄。因此对焊接接头组织进行金相观察与分析已成为焊接生产与科研中用以评判焊接质量优劣，寻找焊接结构的失效原因的一种重要手段。 本实验采用焊接生产中应用最多的低碳钢为母材，用手工电弧施焊，然后对焊接接头进行磨样观察。 二、实验目的 1、学会正确截取焊接接头试样。 2、认识焊缝区和热影响区各区段的组织特征。 3。深刻领会熔化焊焊接过程特点。 三、实验设备及器材 1、施焊设备及器材（手弧焊机、结422焊条，面罩）。 2、200×100×8mmA3钢板一块。施焊前用牛头刨床沿其长度方向中心线刨一条深2mm，宽4～5mm的弧形槽。 3、砂轮切割机一台。 4、钳工工具一套。 5，制备金相试样的全部器材。 6、金相显微镜若干台。 四、实验方法与步骤 1、在钢板上沿刨槽用F4mm结422焊条一根施焊。焊接电流取140～150A。 2、待钢板冷至室温后，用砂轮切割机截取试样。截取部位如下图所示，切割时须用水冷却。以防止组织发生变化（图中虚线为砂轮切割线，两端30mm长焊缝舍弃不用）。 焊接接头金相试样取样位置示意图 3、依照实验一步骤3所述方法截下的焊缝接头制备成金相试样。注意磨制面应选择与焊缝走向垂直的横截面。 4、在金相显微镜上观察制备好的焊接接头试样。光用低倍镜镜头（放大150倍）观察焊缝区及热影响区全貌，再用高倍镜镜头（450倍）逐区进行观察，注意识别各区的金相组织特征, 并画出草图。 五、实验报告要求 1、明确实验目的。

2219铝合金变极性等离子弧穿孔焊接

23 制造技术研究 2219铝合金变极性等离子弧穿孔焊接工艺研究 陆成虹 罗志强 杨学勤 林立芳 （上海航天精密机械研究所，上海 201600） 摘要：采用上坡焊的方法，以不同的焊接倾角对2219铝合金进行变极性等离子弧穿孔焊接。通过对不同焊接倾角条件下得到的焊缝进行焊缝成形、焊缝尺寸、显微组织及焊缝强度的分析，得出不同焊接倾角对变极性等离子弧穿孔焊接的影响。结果表明，当焊接倾角小于20°时，焊缝不能良好成形；当倾角小于40°时，焊缝区有少量气孔。 关键词：2219铝合金；变极性等离子弧；上坡焊 Investigation of VPPA Welding Processing for 2219 Aluminum Alloy Lu Chenghong Luo Zhiqiang Yang Xueqin Lin Lifang （Shanghai Spaceflight Precision Machinery Research Institute, Shanghai 201600） Abstract ：Variable polarity plasma arc (VPPA) welding is used with upward welding in the inclined position with different angles for 2219 aluminum alloy, then studying the weld shape, the weld size, microstructures and weld strength of welded joint obtained at different angles. The results indicate that when the angle of inclination for welding is less than 20 degree, welded joint cannot form well; when the angle of inclination for welding is less than 40 degree, weld zone has little gas pore. Key words ：2219 aluminum alloy ；VPPA ；upward welding in the inclined position 1 引言 2219铝合金在-250℃到250℃的温度范围内仍能保持良好的力学性能和断裂韧性，因此被广泛用作航空、航天、军事以及一些民用领域的焊接结构材料。但是2219铝合金在熔焊时存在接头强度系数低的问题，通常只有母材强度的60％；且气孔倾向性较大[1 ， 2] 。 变极性等离子弧焊接铝合金时，焊件不需要开坡 口，节省了焊前制备时间；焊道窄，焊接变形小，且单面一次焊双面自由成形；立向上焊接时有利于排除焊缝中的夹气和夹杂物，可获得无缺陷焊缝[3 ，4] 。但 在实际生产中，多数焊缝为空间曲线焊缝，要使空间曲线焊缝在焊接时始终保持立向上焊有一定的困难， 因而采用倾斜焊的焊接位姿。与立向上焊接相比，倾斜焊不利于熔池中气孔的排出，且在相同焊接规范不同倾角焊接时，熔池受到重力、电弧力等的作用，焊缝成形不均一，在倾角大时，熔池易发生下塌。 2 试验材料与方法 图1 焊接方法示意图 作者简介：陆成虹（1984?），硕士，飞行器设计专业；研究方向：焊接自动化。 收稿日期：2009-11-19

焊接接头组织和性能的控制

第七章 焊接接头组织和性能的控制 1.焊接热循环对被焊金属近缝区的组织、性能有什么影响？怎样利用热循环和其他工艺措施改善HAZ 的组织性能？ 答： （1）在热循环作用下，近缝区的组织分布是不均匀的，融合去和过热去出现了严 重的晶粒粗化，是整个接头的薄弱地带，而行能也是不均匀的，主要是淬硬、韧化和脆化，及综合力学性能，抗腐蚀性能，抗疲劳性能等。 （2）焊接热循环对组织的影响主要考虑四个因素：加热速度、加热的最高温度， 在相等温度以上的停留时间，冷却速度和冷却时间，研究它是研究焊接质量的主要途径，而在工艺措施上，常可采用长段的多层焊合短道多层焊，尤其是短道多层焊对热影响区的组织有以定的改善作用，适于焊接晶粒易长而易淬硬的钢种。 2. 冷却时间100t t 8 385、、t 的各自应用对象，为什么不常用某温度下（如540℃）的 冷却速度？ 答：对于一般碳钢和低合金钢常采用相变温度范围800~500℃冷却时间（85t ）对冷裂纹倾向较大的钢种，常采用800~300℃的冷却时间8 3t ，各冷却时间的选定要根据不同金属材料做存在的问题来决定 为了方便研究常用某一温度范围内的冷却时间来讨论热影响组织性能的变化，而某个温度下 比如540℃则为一个时刻即冷却至540℃时瞬时冷却速度 和组织性能。故不常用某以温度下的冷却速度，对于一般低合金钢来讲，主要研究热影响区溶合线附近冷却过程中540℃时瞬时冷却速度 3. 低合金钢焊接时，HAZ 粗晶区奥氏体的均质化程度对冷却时变相有何影响？ 答：奥氏体的均质化过程为扩散过程，因此焊接时焊接速度快和相变以上停留时间短都不利于扩散过程的进行，从而均质化过程差而 影响到冷却时间的组织相变，低合金钢在焊接条件下的CCT 曲线比热处理条件下的曲线向做移动，也就是在同样冷却速度下焊接时比热处理的淬硬倾向小，例如冷却速度为36s C / 时可得到100%的马氏体，在焊接时由于家人速度快，高温停留时间短

焊接接头金相组织分析

焊接接头金相组织分析 一、试验目的 （一）观察与分析焊缝的各种典型结晶形态 （二）掌握低碳钢焊接接头各区域的组织变化 （三）了解低碳钢焊接热影响区的组织变化规律。二、试验装置 及试验材料 （一）粗、细金相砂纸一套 （二）平板玻璃2块 （三）金相显微镜4台 （四）吹风机1个 （五）抛光机4台 （六）低碳钢焊接接头试片1个 （七）腐蚀液： 4％硝酸酒精溶液 （八）乙醇、丙酮、棉花等 三、试验原理 （一）焊缝凝固时的结晶形态 1、焊缝的交互结晶，如图1所示

熔池金属的结晶是从熔合区母材的半熔化晶粒上开始向焊缝中心成长 2、焊缝的结晶形态 根据成分过冷的结晶理论，合金的结晶形态与溶质的浓度C0、结晶速度R和温度剃度G有关。 图2 C0、R和G对结晶形态的影响 （二）低碳钢焊缝热影响区金属的组织变化 以低碳钢为例，根据其热影响区金属组织的特性，可分为四个区域，如图3所示:

图3低碳钢焊接热影响区分布特征 1-熔合区；2-粗晶区；3-结晶区；4-不完全重结晶区；5-母材 a、接头金相组织： 1、未受热影响的焊缝金属区； 2、受影响的层间金属区，结晶形态消失； 3、受过热作用的热影响区； 4、母材；

b、过热粗晶区魏氏体组织 C、左侧一次正火细晶区，右侧二次正火，晶粒较粗 d、不完全结晶区组织

e、母材组织 （三）30CrMnSiA钢焊缝热影响区金属组织变化 30CrMnSiA钢的连续冷却转变曲线

四、实验方法及步骤 （一）低碳钢焊接接头金相分析 1、试样的准备； 2、用金相砂纸打磨试片； 3、抛光试片； 4、腐蚀； 5、在显微镜下观察与分析 （二）30CrMnSiA钢试片的制作 1、将厚度为2.5mm的30CrMnSiA钢板切成180× 20mm和180× 35mm两种规格的试片； 2、试片焊前进行退火处理； 3、去除试片表面油污及氧化物； 4、分别用电弧焊和气焊焊接试片； 5、制作金相试样：打磨、抛光、腐蚀等； 6、在显微镜下观察已制备好的金相试样；

变极性TIG焊接电弧稳定性分析

变极性TIG焊接电弧稳定性分析 姚河清张俊涛 (河海大学机电工程学院，江苏常州 213022) 摘要：通过对变极性TIG焊接电弧稳定性试验研究，发现小电流电弧极性切换时，容易引起熄弧。同时, 电弧等效电阻的变化，导致严重的换向冲击。原因是：电路的等效电容、电感引起小电流换向速度慢，电弧等效电阻变小引起换相冲击。本文通过二次主回路加耦合电感，以及在电弧极性切换时，采用变参数PI控制与超前控制的软件控制策略。实验结果表明：变极性TIG焊接电弧稳定性问题得到有效解决。 关键词：变极性；电弧稳定；等效电阻；控制策略 The analysis of arc stability of the variable polarity welding TIG Y ao Heqing Zhang Juntao (Hohai University, College of Mechanical & Electrical Engineering, Jiangsu Changzhou 213022) Abstract：welding arc stability of variable polarity TIG welding was studied through experiment. The experimental results indicate that the small current cause the arc extinguisher when the welding arc commutating. Simultaneity, the diversification of the equivalent resistance, which can cause concussion. The equivalent capacitance and the equivalent inductance of the circuit which slower the speed of the current when the arc polarity change. In order to resolve the problem, added the coupling inductance in the main circuit and a control strategy incorporate variable parameter PI into advance control. Experimental results prove the welding arc stability of the variable polarity TIG is available. Key words：V ariable polarity; arc stability; equivalent resistance; control policy 0 前言 变极性逆变焊接电源是近10年发展起来的一种代替正弦波交流和方波交流焊机来焊接铝及其合金的新型焊机，是一种电流频率、正负半波电流幅值和时间比可以分别独立调节的方波交流电源。通常变极性焊接电源是由一次逆变和二次逆变组成，一次逆变控制使弧焊电源具有快速响应特性,二次逆变控制使弧焊电源具有良好的变极性能力，广泛应用于铝及铝合金的焊接。由于铝及铝合金在空气中极易被氧化，生成Al2O3氧化膜熔点高（约2050 0C）、比重大、非常稳定、不易被去除等等。所以为保证焊接质量，必须先去除表面氧化膜。变极性焊接铝及其合金是在控制周期内利用直流反接（电极接正DCEP）的“阴极雾化”作用对熔池表面氧化膜的进行清理，达到铝合金的焊接

焊接接头强度与韧性的计算

焊接接头强度匹配和焊缝韧性指标综述 1 焊接接头的强度匹配 长期以来，焊接结构的传统设计原则基本上是强度设计。在实际的焊接结构中，焊缝与母材在强度上的配合关系有三种：焊缝强度等于母材（等强匹配），焊缝强度超出母材（超强匹配，也叫高强匹配）及焊缝强度低于母材（低强匹配）。从结构的安全可靠性考虑，一般都要求焊缝强度至少与母材强度相等，即所谓“等强”设计原则。但实际生产中，多数是按照熔敷金属强度来选择焊接材料，而熔敷金属强度并非是实际的焊缝强度。熔敷金属不等同于焊缝金属，特别是低合金高强度钢用焊接材料，其焊缝金属的强度往往比熔敷金属的强度高出许多。所以，就会出现名义“等强”而实际“超强”的结果。超强匹配是否一定安全可靠，认识上并不一致，并且有所质疑。九江长江大桥设计中就限制焊缝的“超强值”不大于98MPa；美国的学者Pellini则提出〔1〕，为了达到保守的结构完整性目标，可采用在强度方面与母材相当的焊缝或比母材低137MPa的焊缝（即低强匹配）；根据日本学者佑藤邦彦等的研究结果〔2〕，低强匹配也是可行的，并已在工程上得到应用。但张玉凤等人的研究指出〔3〕，超强匹配应该是有利的。显然，涉及焊接结构安全可靠的有关焊缝强度匹配的设计原则，还缺乏充分的理论和实践的依据，未有统一的认识。为了确定焊接接头更合理的设计原则和为正确选用焊接材料提供依据，清华大学陈伯蠡教授等人承接了国家自然科学基金研究项目“高强钢焊缝强韧性匹配理论研究”。课题的研究内容有：490MPa级低屈强比高强钢接头的断裂强度，690～780MPa级高屈强比高强钢接头的断裂强度，无缺口焊接接头的抗拉强度，深缺口试样缺口顶端的变形行为，焊接接头的NDT试验等。大量试验结果表明： （1）对于抗拉强度490MPa级的低屈强比高强钢，选用具备一定韧性而适当超强的焊接材料是有利的。如果综合焊接工艺性和使用适应性等因素，选用具备一定韧性而实际“等强”的焊接材料应更为合理。该类钢焊接接头的断裂强度和断裂行为取决于焊接材料的强度和韧塑性的综合作用。因此，仅考虑强度而不考虑韧性进行的焊接结构设计，并不能可靠地保证其使用的安全性。 （2）对于抗拉强度690～780MPa级的高屈强比高强钢，其焊接接头的断裂性能不仅与焊缝的强度、韧性和塑性有关，而且受焊接接头的不均质性所制约，焊缝过分超强或过分低强均不理想，而接近等强匹配的接头具有最佳的断裂性能，按照实际等强原则设计焊接接头是合理的。因此，焊缝强度应有上限和下限的限定。

脉冲变极性等离子弧焊接系统及其特征信号分析

第50卷第18期2014年9月 机械工程学报 JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING Vol.50 No.18 Sep. 2014 DOI：10.3901/JME.2014.18.059 脉冲变极性等离子弧焊接系统及其特征信号分析* 春兰韩永全陈芙蓉洪海涛 (内蒙古工业大学材料成型自治区重点实验室呼和浩特 010051) 摘要：研制基于单片机控制的具有高低频调制脉冲功能的双逆变变极性等离子弧(Variable polarity plasma arc，VPPA)焊接系统，检测并分析叠加不同高低频脉冲参数条件下该焊接系统输出信号的特征，并对系统进行实际焊接试验，结果表明系统运行良好。从特征信号的时域及频域分析发现，当高频脉冲频率提高到2 kHz时，与1 kHz相比较，脉冲上下降沿斜率降低1.2倍，高次谐波量增加1.4倍。由焊接试验结果得出，当高频脉冲频率及正反极性电流等工艺参数选择合适时，可以得到比典型VPPA焊接更加优越的焊缝成形，获得具有均匀鱼鳞纹的理想焊缝。从焊缝显微组织的分析发现，脉冲VPPA焊接工艺得到的焊缝晶粒比典型VPPA焊缝晶粒细小，因此该焊接工艺对进一步提高航空航天高强铝合金焊接质量具有重要意义。 关键词：脉冲；变极性等离子弧；信号分析 中图分类号：TG439 Pulse Variable Polarity Plasma Arc Welding System and Analysis of Its Characteristic Signals CHUN Lan HAN Yongquan CHEN Furong HONG Haitao (Material Forming Key Laboratory of Autonomous Region, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot 010051) Abstract：A double-inverter variable polarity plasma arc(VPPA) welding system with high-low frequency modulation, controlled by single chip microcomputer is introduced and its characteristics of output signal with different conditions of adding high-low frequency pulse are tested and analyzed. Its welding test is performed and the results show the system runs well. It is analyzed from the time and frequency domain of the characteristic signals that compare with 1 kHz, when pulse frequency increases to 2 kHz the slope of pulse reduces 1.2 times and higher harmonic increases 1.4 times. The welding experiment results show that it can get better welding gap than typical VPPA welding and obtain uniform ripple welding line when process parameters including high frequency pulse, positive and negative polarity currents etc. are chosen appropriately. After examination of the weld microstructure, it is found that the pulse VPPA could obtain finer weld grains than typical VPPA. Because of improving quality of welding, the welding procedure is significant for high-intensity Al-alloy welding in aerospace. Key words：pulse；variable polarity plasma arc；signal analysis 0 前言 变极性等离子弧焊接方法具有能量集中、电弧挺度大、焊后变形小等优点，被誉为“零缺陷”焊接方法[1]。因此，该方法已用于航天飞机、火箭筒体和排气管道的焊接中[2-4]。铝合金的焊接质量对于气孔和热影响区的软化很敏感，为了解决这方面的问题，陈树君等[5]提出了两种不同频率的脉冲调制 * 国家自然科学基金(51365032)和教育部新世纪优秀人才(NCET-10-0908)资助项目。20140126收到初稿，20140522收到修改稿变极性钨极惰性气体保护(Variable polarity tungsten inert gas, VPTIG)焊接方法，研究发现双脉冲控制可以改变电弧形态、电弧作用力及母材的热输入量，减少气孔，提高铝合金的焊接质量。从保强等[6]、杨明轩等[7]分别研究了高强铝合金复合脉冲VPTIG 焊缝组织与性能和钛合金超音频直流脉冲钨极惰性气体保护焊组织性能，研究发现加入高频脉冲后焊缝组织明显细化，在一定范围内，脉冲电流频率越高，晶粒细化作用越明显，且接头抗拉强度和断后伸长率明显提高。加入脉冲电流可以增强电弧挺度，且能有效提高电弧压力[8-9]。山东大学贾传宝等[10]

S30408焊接接头低温力学性能试验

第52卷第2期2018年2月浙 江 大 学 学 报(工学版)J o u r n a l o f Z h e j i a n g U n i v e r s i t y (E n g i n e e r i n g S c i e n c e )V o l .52N o .2F e b .2018 收稿日期:20161220.网址:w w w.z j u j o u r n a l s .c o m /e n g /f i l e u p /H T M L /201802002.h t m 基金项目:国家重点研发计划资助项目(2016Y F C 0801905). 作者简介:丁会明(1990 ),男,博士生,从事新能源储运装备与深冷压力容器等研究.o r c i d .o r g /0000-0002-4145-8013.E -m a i l :d d h h m m 558@163.c o m.通信联系人:吴英哲,男,助理研究员.o r c i d .o r g /0000-0002-7246-8767.E -m a i l :y z w u @z j u .e d u .c n D O I :10.3785/j .i s s n .1008-973X.2018.02.002S 30408焊接接头低温力学性能试验 丁会明1,吴英哲1,郑津洋1,2,3,陈朝晖4,尹立军4 (1.浙江大学化工机械研究所,浙江杭州310027;2.浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室,浙江杭州310027;3.高压过程装备与安全教育部工程研究中心,浙江杭州310027;4.全国锅炉压力容器标准化技术委员会,北京100029 )摘 要:为了研究国产奥氏体不锈钢S 30408在低温下的力学性能变化规律,通过-196~20?下的低温拉伸试验 和冲击试验,获得S 30408焊接接头与母材的低温拉伸性能和冲击性能数据.试验结果表明:焊接接头与母材的屈服强度和抗拉强度随温度降低呈现明显的增加趋势,低温强化效应显著;夏比冲击吸收能量和侧膨胀值则随温度降低 呈现下降趋势;焊缝处铁素体含量最高,冲击韧性最差,且焊缝处冲击韧性的降低与其本身在低温下抵抗裂纹扩展 能力的降低有关;铁素体分布的不均匀性致使焊接接头存在微观力学性能的差异,对接头处变形产生塑性拘束,削 弱了焊接接头的承载能力.关键词:不锈钢;深冷容器设计;焊接接头;低温强度;冲击韧性 中图分类号:T G407 文献标志码:A 文章编号:1008973X (2018)02021707E x p e r i m e n t a l s t u d y o n l o w -t e m p e r a t u r em e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f S 30408w e l d e d j o i n t s D I N G H u i -m i n g 1,WU Y i n g -z h e 1,Z H E N GJ i n -y a n g 1,2,3,C H E NZ h a o -h u i 4,Y I NL i -j u n 4(1.I n s t i t u t e o f P r o c e s sE q u i p m e n t ,Z h e j i a n g U n i v e r s i t y ,H a n g z h o u 310027,C h i n a ;2.S t a t eK e y L a b o r a t o r y o f F l u i dP o w e r a n d M e c h a n i c a lS y s t e m s ,Z h e j i a n g U n i v e r s i t y H a n g z h o u 310027,C h i n a ;3.H i g h -P r e s s u r eP r o c e s sE q u i p m e n t a n dS a f e t y E n g i n e e r i n g R e s e a r c hC e n t e r o f M i n i s t r y o f E d u c a t i o n ,H a n g z h o u 310027,C h i n a ;4.C h i n aS t a n d a r d i z a t i o n C o m m i t t e e o nB o i l e r s a n dP r e s s u r eV e s s e l s ,B e i j i n g 1 00029,C h i n a )A b s t r a c t :T e n s i l ea n di m p a c t t e s t sa t -196~20?w e r ec o n d u c t e do u t t oo b t a i nt h e l o w -t e m p e r a t u r e t e n s i l e p r o p e r t i e sa n di m p a c tt o u g h n e s so ft h eS 30408b a s e m e t a la n d w e l d e d j o i n t .T h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o wt h a t t h e y i e l d s t r e n g t ha n d t e n s i l e s t r e n g t ho f b o t hb a s em e t a l a n dw e l d e d j o i n t s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s ew i t ht e m p e r a t u r ed e c r e a s i n g d u et ot h ec r y o g e n i cs t r e n g t h e n i n g e f f e c t .T h e C h a r p y a b s o r b e d e n e r g y a n d l a t e r a l e x p a n s i o n t e n d t o d e g r a d ew h e n t e m p e r a t u r e d e c r e a s e s .T h ew e l d i n g z o n e h a s t h ew o r s t i m p a c t t o u g h n e s s b e c a u s e i t c o n t a i n s t h e l a r g e s t a m o u n t o f t h e f e r r i t e c o n t e n t .T h e r e d u c t i o n o f t h e i m p a c t t o u g h n e s s i n t h ew e l d i n g z o n e i s r e l a t e d t o t h ed e c r e a s i n g i n t h e c r a c k p r o p a g a t i o nr e s i s t a n c e a t c r y o g e n i c t e m p e r a t u r e s .T h ei n h o m o g e n e o u sf e r r i t ed i s t r i b u t i o ni nt h e w e l d e d j o i n tl e a d st on o n -u n i f o r m m i c r o -m e c h a n i c a l p r o p e r t i e sw h i c h c a u s e s a p l a s t i c c o n s t r a i n t o n t h e d e f o r m a t i o n ,a n d c o n s e q u e n t l y r e s u l t s i n t o a w e a ku l t i m a t eb e a r i n g c a p a c i t y o f t h ew e l d e d j o i n t .K e y w o r d s :s t a i n l e s s s t e e l ;c r y o g e n i c p r e s s u r e v e s s e l d e s i g n ;w e l d e d j o i n t ;c r y o g e n i c s t r e n g t h ;i m p a c t t o u g h n e s s

焊缝接头组织的金相观察与分析

焊缝接头组织的金相观察与分析 姓名： 学号： 班级： 专业：

焊缝接头组织的金相观察与分析 一、实验说明 焊接是工业生产中用来连接金属材料的重要加工方法。根据工艺特点不同，焊接方法又分为许多种，其中熔化焊应用得最广泛。 熔化焊的实质就是利用能量高度集中的热源，将被焊金属和填充材料快速熔化，热后冷却结晶而形成牢固接头。 由于熔化焊过程的这一特点，不仅焊缝区的金属组织与母材组织不一样，而且靠近焊缝区的母材组织也要发生变化。这部分靠近焊缝且组织发生了变化的金属称为热影响区。热影响区内，和焊缝距离不一样的金属由于在焊接过程中所达到的最高温度和冷却速度不一样，相当于经受了不同规范的热处理，因而最终组织也不一样。 以低碳钢为例，根据热影响区内各区段在焊接过程中所达到的最高温度范围，依次分为熔合区（固相线一液相线），过热区（1100℃——固相线）；完全正 火区（AC3——1100℃）；不完全正火区（AC1～AC3）。对易淬火钢而言，还会出现淬火组织。 焊接结构的服役能力和工作可靠性，既取决于焊缝区的组织和质量，也取决于热影响区的组织和宽窄。因此对焊接接头组织进行金相观察与分析已成为焊接生产与科研中用以评判焊接质量优劣，寻找焊接结构的失效原因的一种重要手段。 本实验采用焊接生产中应用最多的低碳钢为母材，用手工电弧施焊，然后对焊接接头进行磨样观察。 二、实验目的 1、学会正确截取焊接接头试样。 2、认识焊缝区和热影响区各区段的组织特征。 3、深刻领会熔化焊焊接过程特点。 4、理解焊缝、热影响区到基体的硬度变化规律。 三、实验设备及器材 1、施焊设备及器材（手弧焊机、结422焊条，面罩）。 2、200×100×8mmA3钢板一块（45钢）。施焊前用牛头刨床沿其长度方 向中心线刨一条深2mm，宽4～5mm的弧形槽。 3、砂轮切割机一台。 4、钳工工具一套。 5，制备金相试样的全部器材。 6、金相显微镜若干台。 7、显微硬度仪一台