兩種釬料對不銹鋼釬焊接頭組織和力學(xué)性能的影響

以不同厚度的銅箔、鎳箔作為緩解接頭殘余應(yīng)力的中間層材料,在釬焊溫度820℃,保溫時(shí)間20min的工藝參數(shù)條件下對ti(c,n)基金屬陶瓷與45鋼進(jìn)行了釬焊試驗(yàn)。結(jié)果表明,無論是采用銅箔還是鎳箔,當(dāng)其厚度從100μm增加到300μm時(shí),接頭三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度上升趨勢平緩;由于銅箔在釬焊過程中大量溶解,削弱了釬料與ti(c,n)基金屬陶瓷的化學(xué)相容性,降低了界面結(jié)合力,從而嚴(yán)重制約了接頭強(qiáng)度的提高;使用鎳箔的突出特點(diǎn)表現(xiàn)在具有較高的界面強(qiáng)度,與施加銅箔的釬焊接頭相比強(qiáng)度顯著提高,但其緩解接頭殘余應(yīng)力的效果不如銅箔,在靠近釬縫的ti(c,n)基金屬陶瓷一側(cè)易引發(fā)殘余應(yīng)力集中現(xiàn)象。

采用金相顯微鏡、電子顯微鏡、x射線能譜儀、顯微硬度、力學(xué)試驗(yàn)等檢測手段,對ta17鈦合金/ag95cunili/0cr18ni10ti不銹鋼釬焊接頭的組織特征進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:釬縫中不銹鋼/釬料一側(cè),形成了三層金屬間化合物釬縫組織;在鈦合金/釬料一側(cè),形成兩個(gè)組織區(qū)域;同時(shí),銀沿鈦合金晶間擴(kuò)散;在凝固釬焊接頭的釬縫中,靠近不銹鋼一側(cè)出現(xiàn)了ti、cu的富集;靠近鈦合金一側(cè)cu原子的含量明顯升高,釬縫中心區(qū)基本上是純銀;釬縫中除不銹鋼/釬料擴(kuò)散層外,其他各微區(qū)的顯微硬度并沒有增加;從釬縫斷口分析也證明釬縫中靠近不銹鋼一側(cè)是接頭最薄弱的位置。

使用質(zhì)量比為6:4的混合鎳基釬料bni-2與bni-5對316l不銹鋼進(jìn)行真空釬焊。由于釬縫間隙對釬焊接頭組織性能有重要影響,所以在釬焊溫度1140℃,保溫時(shí)間10min的釬焊參數(shù)下,分別對釬縫間隙為30,60和100μm進(jìn)行了釬焊實(shí)驗(yàn)。主要通過光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、能譜分析儀、電子探針顯微分析儀以及顯微硬度計(jì)等對釬焊接頭界面組織特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明,分布于釬焊接頭中心連續(xù)共晶組織是導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展的主要通道。另外,研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)進(jìn)行完整的等溫凝固過程時(shí),只有γ-ni固溶體相存在于釬焊接頭中,但在釬縫與母材邊界的沿晶界區(qū)域仍存在第二相的金屬間化合物。

采用4種成分的銀基釬料制備了鈦合金/不銹鋼釬焊接頭,用力學(xué)性能試驗(yàn)、金相試驗(yàn)、掃描電鏡分析及電子探針分析方法,測量了釬縫強(qiáng)度,分析了斷口形貌和釬縫界面組織。研究表明:不銹鋼/ag95cunili/鈦合金釬縫強(qiáng)度可達(dá)220mpa,在不銹鋼/ag95cunili擴(kuò)散區(qū)形成了脆性相;不銹鋼/ag88al10mnsi/鈦合金釬縫強(qiáng)度為242mpa,不銹鋼/ag88al10mnsi一側(cè)的釬縫區(qū)易形成裂紋;不銹鋼/ag85al8sn/鈦合金釬縫強(qiáng)度只有123mpa;不銹鋼/ag85al8snni/鈦合金釬縫強(qiáng)度可達(dá)280mpa,釬料與母材冶金結(jié)合較好。

用kbf_4和h_3bo_3的混合物作釬劑,加入粘結(jié)劑后包復(fù)在agcuzncd釬料外面,制成釬焊條。著重分析了大氣中用該釬焊條釬焊不銹鋼時(shí),釬料中各種成分和釬劑對母材浸潤性和焊接質(zhì)量的影響。結(jié)果表明,釬焊條浸潤性好,焊件焊接強(qiáng)度達(dá)350～400mpa,氣密性好,在3.45×10~7pa焊點(diǎn)不漏氣。

在釬焊時(shí)間120～1500s、釬焊溫度1093～1223k的條件下,采用ag-cu共晶釬料對銅和1cr18ni9ti進(jìn)行釬焊,利用掃描電鏡及能譜儀對其接頭的界面組織進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,接頭界面結(jié)構(gòu)為cu/cu(s.s)/ag(s.s)+cu(s.s)/1cr18ni9ti。以抗剪強(qiáng)度評價(jià)其接頭的力學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)當(dāng)釬焊溫度為1173k、保溫時(shí)間為300s時(shí),接頭抗剪強(qiáng)度最高,為214mpa。

采用含ag50％~68％、cu10％~30％、zn12％~20％、sn0％~10％的銀基釬料,通過激光釬焊,改變釬焊有效熱輸入(激光輸出功率和釬焊時(shí)間),研究了tini形狀記憶合金與不銹鋼異質(zhì)釬焊接頭的微觀組織和性能。結(jié)果表明:agcuznsn釬料對tini形狀記憶合金和不銹鋼的潤濕性較好,釬焊接頭界面平整、致密,與tini形狀記憶合金形成的界面反應(yīng)層較窄,而與不銹鋼形成的界面反應(yīng)層較寬。釬焊有效熱輸入對tini形狀記憶合金熱影響區(qū)組織和性能影響較大。釬焊有效熱輸入量過高,將導(dǎo)致tini形狀記憶合金側(cè)熱影響區(qū)組織晶粒粗大、硬度降低、塑性提高。嚴(yán)格控制釬焊工藝參數(shù)可以獲得具有較高抗拉強(qiáng)度、形狀記憶效應(yīng)和超彈性的tini形狀記憶合金與不銹鋼釬焊接頭。

針對316l奧氏體不銹鋼,研究了單一成分活性劑及sio2與tio2混合活性劑對熔深及焊縫微觀組織的影響。結(jié)果表明:涂敷sio2與tio2混合活性劑的焊縫熔深是未涂敷活性劑的2倍以上。活性劑sio2的涂敷不僅能使熔深有明顯增加,而且可以打亂奧氏體柱狀晶生長的方向性,對焊縫組織有明顯的改善作用。sio2對焊縫組織的細(xì)化作用,與si對凝固模式的影響有著直接關(guān)系,si的存在能提高w(cr)eq/w(ni)eq值,促使fa凝固模式的發(fā)展,有利于δ相的形成,阻礙奧氏體枝晶的生長。

采用bni-2+40%bni-5鎳基混合釬料對316l不銹鋼進(jìn)行三種纖縫間隙的真空釬焊,通過光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、x射線能譜儀及硬度計(jì)等研究了三種釬焊接頭的顯微組織、釬縫元素分布以及釬縫顯微硬度。結(jié)果表明:316l不銹鋼的釬焊接頭主要由固溶體、連續(xù)共晶和金屬間化合物及網(wǎng)狀組織組成;隨著釬縫間隙的減小,釬焊接頭中金屬間化合物的含量逐漸減小,接頭元素、硬度分布更加均勻;當(dāng)釬縫間隙為30μm時(shí),接頭組織基本為固溶體,綜合性能最好。

采用新型的cu-mn-ni-si釬料真空釬焊2cr13不銹鋼,研究了釬焊溫度和保溫時(shí)間對接頭組織和室溫力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:釬焊接頭組織由釬縫中心區(qū)cu-mn基固溶體和釬縫界面反應(yīng)區(qū)的(fe,ni,mn)-si化合物組成。隨著釬焊溫度的增加,釬縫界面處化合物層厚度減小,cu-mn基固溶體相應(yīng)增多,接頭室溫剪切強(qiáng)度隨之增加,在釬焊時(shí)間15min、釬焊溫度1050℃時(shí)達(dá)到321mpa。在釬焊溫度1000℃時(shí),接頭室溫剪切強(qiáng)度隨著釬焊保溫時(shí)間的延長先增加后降低,在釬焊保溫時(shí)間30min時(shí)取得最大值305mpa。

tcs不銹鋼是國內(nèi)新開發(fā)的鐵路車輛專用經(jīng)濟(jì)型鐵素體不銹鋼,其焊接工藝對接頭的力學(xué)性能有較大影響。針對tcs不銹鋼的焊接特點(diǎn),通過金相分析及力學(xué)性能試驗(yàn),研究了坡口角度對其焊接接頭顯微組織及力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,接頭焊縫組織為奧氏體+馬氏體+δ鐵素體,熱影響區(qū)組織為馬氏體+鐵素體,隨著坡口角度的增大,焊接熱循環(huán)區(qū)的晶粒度變化不大,接頭低溫沖擊韌度有所提高。

采用鎳基釬料bni2+40%bni5對316l不銹鋼進(jìn)行真空釬焊。主要通過光學(xué)顯微鏡、電子探針顯微分析儀、硬度計(jì)等研究了3種釬縫間隙下釬焊接頭的顯微組織、釬縫成分分布以及釬縫顯微硬度。結(jié)果表明316l不銹鋼的釬焊接頭主要由固溶體、共晶組織及網(wǎng)狀化合物組成,硼、硅是導(dǎo)致化合物相產(chǎn)生的主要合金元素;隨著釬縫間隙的減小,釬焊接頭中金屬間化合物相的含量逐漸減小,當(dāng)釬縫間隙為30μm時(shí),接頭組織基本為固溶體。

文中采用bni-2釬料(bni82crsib)對1cr18ni9ti不銹鋼進(jìn)行了真空釬焊,釬焊后對樣件進(jìn)行了拉力試驗(yàn),并使用掃描電鏡對接頭組織進(jìn)行了分析,以研究焊接間隙對釬焊縫性能的影響。研究結(jié)果表明,接頭組織基本由固溶體、金屬間化合物及母材近焊縫區(qū)域附近的網(wǎng)狀組織組成。隨著釬縫間隙的增大,釬縫的組織會(huì)出現(xiàn)大量的金屬間化合物,釬焊接頭的綜合性能會(huì)隨之下降,釬縫的強(qiáng)度也隨著釬縫間隙的增大呈現(xiàn)明顯的下降趨勢。

以al基釬料對變形鎂合金az31b進(jìn)行了高頻感應(yīng)釬焊,研究了變形鎂合金az31b釬焊接頭的釬縫物相和力學(xué)性能。采用掃描電鏡、x射線衍射儀、x射線能譜分析儀等分析了接頭的界面組織及釬縫生成相,測試了接頭的抗拉強(qiáng)度及界面生成相的顯微硬度。結(jié)果表明:釬縫中釬料與母材發(fā)生界面反應(yīng)生成α-mg,-βmg17(al,zn)12相。釬焊搭接接頭平均剪切強(qiáng)度為27mpa,對接接頭平均抗拉強(qiáng)度為42mpa。對接接頭斷口的主要斷裂形式為沿晶脆性斷裂,斷裂主要產(chǎn)生在-βmg17(al,zn)12硬脆相處。

第３８卷第３期 ２０１７年３月 焊　接　學(xué)　報(bào) ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｃｈｉｎａｗｅｌｄｉｎｇｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｖｏｌ．３８　ｎｏ．３ ｍａｒｃｈ?。玻埃保?收稿日期：２０１６－０４－０５ 基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（５１５７５１３２）；昆山市創(chuàng)新創(chuàng) 業(yè)人才計(jì)劃資助項(xiàng)目（ｋｓｒｃ２０１７０９） 預(yù)鍍層不銹鋼／鋁異種金屬高頻感應(yīng)釬焊接頭界面 及力學(xué)性能分析 呂世雄 １ ，　楊旭東 ２，３ ，　萬　龍 ２ ，　黃永憲 ２ ，　龍彩云 １ ，　梁新宇 １ ，　馮吉才 １ （１．哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)焊接與連接國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱?。保担埃埃埃?； ２．哈爾濱萬洲焊接技術(shù)有限公司，哈爾濱　１５０００１；３．上海航天精密機(jī)械研究所，上?！。玻埃保叮埃埃?摘　要：文中通過熱浸鍍一層純鋁到不銹鋼表面，再對０ｃｒ１８ｎｉ９不銹鋼和ｌｆ２１

以mgh956合金釬焊接頭高溫抗拉強(qiáng)度為考察對象進(jìn)行了正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。結(jié)果表明,考察的3個(gè)因素對接頭性能影響的主次順序?yàn)?釬料成分﹥保溫方式﹥焊縫間隙;對應(yīng)較優(yōu)工藝參數(shù)為:釬料為kco3,保溫方式為:1240℃/10min加1000℃/30min;焊縫間隙為0.02mm。在所進(jìn)行試驗(yàn)中,1000℃拉伸試驗(yàn)結(jié)果最好的焊縫強(qiáng)度接近了母材水平。

通過有限元分析的方法對tc4鈦合金與1cr18ni9ti不銹鋼釬焊接頭殘余應(yīng)力場進(jìn)行分析,計(jì)算工藝參數(shù)對接頭應(yīng)力分布的影響.結(jié)果表明,在tc4、不銹鋼母材與釬料接頭兩側(cè)的界面區(qū)附近形成應(yīng)力集中,并且在距離鈦合金母材0.45mm處等效應(yīng)力達(dá)到最大值.釬焊間隙在50μm時(shí)應(yīng)力值最小,釬料的線膨脹系數(shù)在12×10-6℃-1時(shí)接頭內(nèi)應(yīng)力達(dá)到最小值,連接溫度對這些殘余應(yīng)力的集中與分布影響很小.

許多工程結(jié)構(gòu)當(dāng)中,經(jīng)常出現(xiàn)大量異種材料的焊接情形,材料的力學(xué)性能對結(jié)構(gòu)有重要影響。應(yīng)用不同的焊接工藝對紫銅(t2)和奧氏體不銹鋼(1cr18ni9ti)進(jìn)行焊接,并對焊接接頭的力學(xué)性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明,采用過渡層方法接頭的力學(xué)性能較好,而采用t107焊條,其接頭的塑性、韌性比采用過渡層時(shí)低。

陶瓷與金屬直接釬接的關(guān)鍵問題是釬料的選擇,采用活性釬料進(jìn)行陶瓷與的直接釬接,并對接頭進(jìn)行了機(jī)械拉伸試驗(yàn)和金相分析,結(jié)果表明,釬料的選擇是成功的,還介紹了釬料的冶煉工藝。

非晶鎳基釬料釬焊接頭性能及微觀組織的研究

利用激光沖擊強(qiáng)化對12cr2ni4a不銹鋼焊接接頭進(jìn)行處理,比較了激光沖擊一次和二次前后焊接接頭拉伸性能、顯微硬度和表面殘余應(yīng)力.結(jié)果表明,12cr2ni4a焊接試件經(jīng)過二次激光沖擊強(qiáng)化后,顯微硬度提高了50%,抗拉強(qiáng)度由818.5mpa提升至863.8mpa,并且斷裂區(qū)域由焊接熱影響區(qū)轉(zhuǎn)移至基體處,焊接試件的拉伸性能顯著提高.激光沖擊強(qiáng)化消除的焊接殘余拉應(yīng)力是焊接接頭拉伸性能提高的主要原因.

316L不銹鋼擴(kuò)散焊接頭的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能