异种金属摩擦焊油管接头性能分析
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异种钢(不锈钢与低合金钢)焊接接头力学性能研究发布时间:2022-08-17T07:42:51.433Z 来源:《科学与技术》2022年第4月第7期作者:常康[导读] 利用拉伸及冲击材料试验机等通过手工钨极氩弧焊对异种钢(不锈钢与低合金钢)焊接接头的力学性能进行了研究。
常康一重集团大连核电石化有限公司摘要:利用拉伸及冲击材料试验机等通过手工钨极氩弧焊对异种钢(不锈钢与低合金钢)焊接接头的力学性能进行了研究。
结果表明:异种钢焊接接头(手工钨极氩弧焊)室温最小抗拉强度为540MPa,焊接接头弯曲试验结果无裂纹,热影响区冲击功≥134J,金相检验未发现焊接缺陷,基本能够满足中国自主设计的三代核电容器的不锈钢堆焊层上的附件焊接需求;关键词:三代核电;异种钢焊接接头;手工钨极氩弧焊引言手工钨极氩弧焊以其操作灵活的特点在核岛一回路上有广泛应用,主要包括稳压器、蒸发器、主管道等产品的堆焊、封根焊、组焊。
本文通过采用手工钨极氩弧焊异种钢对接焊试验,对核电容器上普遍采用的异种钢(不锈钢与低合金钢)焊接接头的力学性能进行研究[1]。
1、试验方法[2]对接焊试板材质为316不锈钢与Mn-Ni-Mo低合金钢,接头简图如图1所示,即通过在低合金钢侧堆焊不锈钢隔离层,然后再与不锈钢完成对接焊。
焊接方法为手工钨极氩弧焊,使用焊材见表1,焊接规范见表2。
2.2冲击性能焊接接头冲击试验结果见表4。
共五组试样:1#~5#;每组三个v型缺口冲击试样。
由表可知,焊接接头的整体冲击性能良好,能够满足三代核电技术普遍要求的冲击功≥60J。
由1#~2#试样结果可知,在试验温度相同情况下,隔离层与焊缝的冲击性能相近。
由3#~4#试样结果可知,低合金钢侧距离熔合线1mm的冲击性能略高于距离熔合线4mm的冲击性能。
由5#试样结果可知,不锈钢侧热区冲击功更高,更接近不锈钢本身的冲击性能。
试验满足RCC-M 2007 MC1221要求。
3、结论(1)异种钢(不锈钢与低合金钢)焊接接头强度最小抗拉强度为540MPa;(2)焊接接头0℃最小冲击功为134J;(3)焊接接头抗弯能力强;(4)宏观及微观金相未发现焊接缺陷;基于上述四点表明,这种带有隔离层的异种钢焊接接头基本能够满足中国自主设计的三代核电容器的不锈钢堆焊层上的附件焊接需求。
E60 ̄B3等级材料焊接SA ̄335P91和12Cr1MoVG异种钢接头组织及性能黄超ꎬ徐祥久(高效清洁燃煤电站锅炉国家重点实验室哈尔滨锅炉厂有限责任公司ꎬ黑龙江哈尔滨150046)摘要:采用E60 ̄B3等级焊接材料对SA ̄335P91和12Cr1MoVG异种钢进行焊接试验ꎬ研究焊接接头的微观组织㊁常温力学性能和高温力学性能ꎮ结果表明ꎬ常温状态下焊接接头拉伸㊁弯曲和冲击等力学性能均满足要求ꎻ在520~600ħ的高温状态下ꎬ焊接接头的高温屈服强度高于两侧母材的屈服强度ꎻ焊接接头的焊缝组织主要为贝氏体+铁素体ꎬ但在SA ̄335P91侧焊缝区域呈现出宽度为200~260μm的带状铁素体ꎬ带状的铁素体组织将导致接头的高温蠕变性能降低ꎬ影响焊接接头的高温服役寿命ꎮ关键词:SA ̄335P91+12Cr1MoVGꎻ异种钢接头ꎻE60 ̄B3等级材料ꎻ微观组织ꎻ力学性能中图分类号:TG47MicrostructureandmechanicalpropertiesofdissimilarmetaljointbetweenSA ̄335P91and12Cr1MoVGsteelwithE60 ̄B3gradeweldingmaterialHuangChaoꎬXuXiangjiu(StateKeyLaboratoryofEfficientandCleanCoal ̄firedUtilityBoilerꎬHarbinBoilerCompanyLimitedꎬHarbin150046ꎬChina)Abstract:E60 ̄B3gradeweldingmaterialwasusedtoweldthedissimilarmetaljointofSA ̄335P91and12Cr1MoVG.Microstructureꎬmechanicalpropertiesatroomandhightemperatureofthejointwereinvestigated.Theresultsshowedthatroomtemperaturetensileꎬbendandimpactmechanicalpropertiesoftheweldingjointcanmeettherequirements.Thehightemperatureyieldstrengthofjointwashigherthanbothofthebasemetalsatthetemperaturerangeof520-600ħ.Theweldseamwascomposedmostlyofbainiteandferrite.Abandingferriteweldzonewithawidth200-260μmappearedattheSA ̄335P91metalside.Thebandingferritewhichreducedthehightemperaturecreeppropertiesoftheweldingjointwouldreducethehightemperatureservicelifeoftheweldingjoint.Keywords:SA ̄335P91+12Cr1MoVGꎻdissimilarsteeljointꎻE60 ̄B3gradeweldingmaterialꎻmicrostructureꎻmechanicalproperties0㊀前言SA ̄335P91钢属于高强度马氏体耐热钢ꎬ具有优良的高温强度㊁冲击韧性㊁抗氧化性能及抗高温蒸汽腐蚀性能ꎮ目前ꎬSA ̄335P91主要用于亚临界㊁超临界火电机组锅炉的过热器㊁再热器高温段[1-2]ꎮ12Cr1MoVG钢332018年第4期属于珠光体耐热钢ꎬ具有较高的持久强度㊁抗氧化性和热强性ꎬ是国内火电机组锅炉受热面的主力钢种[3]ꎮ国内现有锅炉产品中ꎬ普遍存在大量SA ̄335P91和12Cr1MoVG的异种钢焊接接头ꎮ目前ꎬ国内外对于SA ̄335P91和12Cr1MoVG异种钢的焊接材料主要是使用与SA ̄335P91相近成分的E60 ̄B9等级的焊接材料[4-5]ꎻE60 ̄B9等级的焊接材料属于马氏体组织的耐热钢ꎬ焊接工艺性能差ꎬ材料成本高ꎮ考虑SA ̄335P91和12Cr1MoVG两种材料的成分和性能差别较大ꎬ选用成分和性能介于两者之间的E60 ̄B3等级的焊接材料ꎬ在保证接头性能的前提下ꎬ同时提高焊接材料的焊接工艺性能ꎮ针对SA ̄335P91和12Cr1MoVG异种钢的焊接接头选用E60 ̄B3等级焊接材料进行焊接试验ꎬ研究焊接接头的微观组织和力学性能ꎬ验证E60 ̄B3等级焊接材料的适用性ꎮ1㊀试验材料及方法1.1㊀试验材料焊接试验中使用试验材料为SA ̄335P91和12Cr1MoVG钢管ꎬ钢管规格ϕ324mmˑ25mmꎬSA ̄335P91和12Cr1MoVG钢管的化学成分见表1ꎮ试验中使用E60 ̄B3等级焊接材料ꎬ相应的氩弧焊焊丝为ER62 ̄B3ϕ2.5mmꎬ焊条为E6215 ̄2C1Mϕ3.2mmꎬϕ4.0mmꎬϕ5.0mm具体的化学成分见表1ꎮ焊接材料中主要合金元素Cr含量为2.0%~2.7%ꎬ介于SA ̄335P91和12Cr1MoVG两种钢管的Cr含量之间ꎮ表2为SA ̄335P91和12Cr1MoVG钢管的常温及高温力学性能ꎮ1.2㊀焊接工艺SA ̄335P91和12Cr1MoVG的焊接接头采用60ʎV形坡口ꎬ采用手工氩弧焊封底焊接ꎬ焊条电弧焊进行填充和盖面焊接ꎬ焊接工艺参数见表3ꎮ焊后进行消应力热处理ꎮ1.3㊀试验方法研究SA ̄335P91和12Cr1MoVG异种钢焊接接头的常温性能㊁高温性能及微观组织ꎮ根据标准NB/T47014 2011«承压设备焊接工艺评定»的要求[6]ꎬ制备焊接接头的拉伸㊁弯曲和冲击韧性等试样进行常温力学性能测试ꎻ并使用Axiovert200MAT蔡司金相显微镜对焊接接头微观组织进行观察和分析ꎻ按照标准GB/T4338 2006«金属材料高温拉伸试验方法»的要求[7]ꎬ制备焊接接头的高温拉伸试样ꎬ分别进行520ħꎬ540ħꎬ560ħꎬ580ħꎬ600ħ不同试验温度下的高温力学性能测试ꎮ表1㊀母材和焊接材料的化学成分牌号CSiMnPSCr12Cr1MoVG0.08~0.150.17~0.370.40~0.70ɤ0.025ɤ0.010.90~1.20SA ̄335P910.08~0.120.20~0.500.30~0.60ɤ0.020ɤ0.018.00~9.50ER62 ̄B30.07~0.120.40~0.700.40~0.700.0250.0252.30~2.70E6215 ̄2C1M0.05~0.121.000.900.030.032.00~2.50牌号MoVNiNbNCu12Cr1MoVG0.25~0.350.15~0.30ɤ0.30 ɤ0.20SA ̄335P910.85~1.050.18~0.25ɤ0.400.06~0.100.03~0.07ɤ0.20ER62 ̄B30.90~1.20 0.20 0.35E6215 ̄2C1M0.90~1.20表2㊀SA ̄335P91和12Cr1MoVG钢管的力学性能牌号抗拉强度Rm/MPa冲击吸收能量(室温)KV2/J硬度H(HBW)高温屈服强度Rp0.2/MPa500ħ550ħ600ħ12Cr1MoVG470~640ȡ27(横向)145~195201187 SA ̄335P91585~830ȡ27(横向)190~250306260198432018年第4期表3㊀焊接工艺参数焊层焊接方法规格d/mm电源极性焊接电流I/A电弧电压U/V焊接速度v/(cm min-1)最大热输入Emax/(kJ cm-1)1M ̄GTAW2.5DCEN100~13011~135~820.28其它SMAW3.2ꎬ4.0ꎬ5.0DCEP110~24022~2810~2040.322㊀试验结果与分析2.1㊀焊接接头微观组织通过金相显微镜对SA ̄335P91和12Cr1MoVG焊接接头中两侧母材㊁热影响区(HAZ)和焊缝的微观组织进行观察分析ꎮ图1为SA ̄335P91和12Cr1MoVG两种母材的组织ꎬ其中SA ̄335P91组织为回火马氏体ꎬ12Cr1MoVG组织为铁素体+贝氏体+珠光体ꎮ50 μm(a)SA鄄335P91(b)12Cr1MoVG50 μm图1㊀母材组织SA ̄335P91与12Cr1MoVG两种母材的金相组织存在较大的差异性ꎬ因此ꎬ整个焊接接头中与两侧母材相邻的热影响区的微观组织也不同ꎮ图2为12Cr1MoVG母材侧热影响区及相邻的焊缝区的微观组织ꎬ热影响区为铁素体+贝氏体+珠光体组织ꎮ热影响区组织的晶粒尺寸呈现由细到粗的变化ꎬ图2a中12Cr1MoVG侧的热影响区远离熔池中心的高温区ꎬ而靠近12Cr1MoVG母材一侧的低温区ꎬ焊后冷却速度较快形成尺寸相对细小的微观组织ꎻ图2b中热影响区与焊缝的界线清晰ꎬ焊缝区为贝氏体+铁素体组织ꎬ而与焊缝相邻的热影响区ꎬ由于焊缝熔池温度高㊁冷却速度慢ꎬ晶粒尺寸相对粗大ꎮ200 μmHAZ焊缝200 μmHAZ12Cr1MoVG(a)12Cr1MoVG/HAZ(b)HAZ/焊缝图2㊀12Cr1MoVG侧焊缝和热影响区组织图3为SA ̄335P91侧焊缝和热影响区组织ꎬ由于焊缝填充金属与马氏体钢SA ̄335P91组织的不同ꎬ因此SA ̄335P91侧焊缝㊁热影响区和母材的组织界限明显ꎬ焊缝组织为贝氏体+铁素体ꎬ而在紧邻SA ̄335P91母材侧的焊缝区域中出现带状分布的铁素体区域ꎬ铁素体区域宽度200~260μmꎮ分析产生铁素体带状区域的原因主要是SA ̄335P91母材中含有大量的CrꎬMoꎬV等强碳化物形成的元素ꎬ易与焊缝金属的C元素形成碳化物ꎬ而且C原子尺寸小ꎬ扩散速度快ꎬ因而在SA ̄335P91侧形成碳化物富集的马氏体组织ꎬ形成SA ̄335P91侧热影响区ꎻ而在焊缝一侧由于C元素迁移形成铁素体带状区域ꎬ硬度较低和蠕变532018年第4期2018年第4期性能较差的铁素体组织直接导致焊接接头的蠕变性能降低[8-11]ꎮ200 μm焊缝铁素体SA 鄄335P9140 μmSA 鄄335P91HAZ(a )焊缝/SA 鄄335P91(b )铁素体区/HAZ/SA 鄄335P91图3㊀SA ̄335P91侧焊缝和热影响区组织2.2㊀焊接接头力学性能根据标准NB/T47014 2011«承压设备焊接工艺评定»的取样要求ꎬ制备焊接接头的拉伸㊁弯曲和冲击韧性等试样进行常温力学性能测试ꎮ表4为焊接接头的常温拉伸和弯曲的试验结果ꎬ其中焊接接头的抗拉强度均高于表2中12Cr1MoVG母材抗拉强度的下限值ꎬ而且断裂位置均在12Cr1MoVG母材上ꎻ焊接接头的横向侧弯试样也未发现开裂现象ꎮSA ̄335P91和12Cr1MoVG异种钢中匹配焊接接头的常温拉伸和弯曲性能均能满足要求ꎮ表4㊀焊接接头拉伸和弯曲试验结果抗拉强度Rm/MPa断裂位置横向侧弯试验(α=180ʎꎬd=4a)513ꎬ510ꎬ514ꎬ508母材合格对焊接接头的焊缝及两侧的热影响区进行冲击试验ꎮ试样尺寸为55mmˑ10mmˑ10mmꎬ每个位置取3个冲击试样ꎬ冲击试验温度为20ħꎬ冲击试验结果见表5ꎬ焊缝和热影响区的冲击吸收能量均满足要求ꎮ表5㊀冲击试验结果取样位置冲击吸收能量(20ħ)KV2/J焊缝区143ꎬ76ꎬ153SA ̄335P91侧热影响区79ꎬ156ꎬ9812Cr1MoVG侧热影响区263ꎬ262ꎬ190由于SA ̄335P91和12Cr1MoVG异种钢焊接接头多用于过热器㊁再热器等部件受热面中ꎬ运行温度在500~580ħ范围内ꎬ因此ꎬ对焊接接头进行高温性能试验ꎮ按照标准GB/T4338 2006«金属材料高温拉伸试验方法»的要求加工高温拉伸试样ꎬ拉伸试样的中心设置在12Cr1MoVG侧的热影响区ꎬ试样尺寸如图4所示ꎮ试验温度分别为520ħꎬ540ħꎬ560ħꎬ580ħꎬ600ħꎮ5056114340.8251×45°R 5准12焊缝M 16-6h准10±0.020.020.03A R 5其余1.62-B1.6/5G B /T 145—1985A 图4㊀焊接接头高温拉伸试样㊀㊀表6为不同温度下的拉伸试验结果ꎮ图5为高温拉伸试验后的断裂位置ꎬ可以看出断裂均发生在12Cr1MoVG母材上ꎮ与表2中两种母材的高温屈服强度比较ꎬ可以看出焊接接头的高温屈服强度普遍高于63表6㊀高温拉伸试验结果试验温度T/ħ屈服强度Rp0.2/MPa抗拉强度Rm/MPa断后伸长率A(%)520345ꎬ345380ꎬ38029.0ꎬ29.5540305ꎬ320340ꎬ34032.0ꎬ31.5560295ꎬ295340ꎬ33534.0ꎬ33.5580280ꎬ275325ꎬ33035.0ꎬ35.5600240ꎬ260300ꎬ30536.0ꎬ36.0焊缝520 ℃540 ℃560 ℃580 ℃600 ℃SA鄄335P91图5㊀高温拉伸试样断裂位置两种母材ꎬ均能满足要求ꎮ3㊀结论(1)SA ̄335P91+12Cr1MoVG异种钢焊接接头ꎬ焊缝区为贝氏体+铁素体组织ꎬ紧邻SA ̄335P91侧的焊缝区出现带状的铁素体ꎬ宽度为200~260μmꎬ易导致焊接接头的蠕变性能降低ꎬ影响焊接接头的高温服役寿命ꎮ(2)SA ̄335P91+12Cr1MoVG异种钢焊接接头ꎬ常温状态下焊接接头的抗拉强度㊁弯曲性能和冲击韧性均能满足要求ꎮ(3)SA ̄335P91+12Cr1MoVG异种钢焊接接头ꎬ在520~600ħ高温状态下ꎬ焊接接头的高温屈服强度高于SA ̄335P91和12Cr1MoVG两种母材的屈服强度值ꎬ均能满足要求ꎮ参考文献㊀[1]㊀张建强ꎬ吴甦ꎬ赵海燕ꎬ等.10Cr9Mo1VNbN/12Cr1MoV异种钢焊接接头的蠕变损伤及界面失效[J].焊接学报ꎬ2002ꎬ23(2):75-76.㊀[2]㊀肖强ꎬ张建强ꎬ章应霖.9Cr1MoVNbN/12Cr1MoWVTiB异种钢焊接接头的力学性能及界面失效行为研究[J].焊接技术ꎬ2002ꎬ31(4):16-18.㊀[3]㊀郑楷ꎬ赵大军ꎬ张雪莲.超(超)临界火电机组SA335P91钢与12Cr1MoV钢焊接性能[J].焊接学报ꎬ2012ꎬ33(8):77-78.㊀[4]㊀葛兆祥ꎬ王学.高强匹配T91/12Cr1MoV异种钢焊接接头力学性能[J].焊接ꎬ2004(11):18-21.㊀[5]㊀伍光凤.Gr91/12Cr1MoV异种钢的焊接接头研究[J].焊接ꎬ2010(8):47-50㊀[6]㊀杨松ꎬ杨佩良ꎬ雷万庆ꎬ等.NB/T47014-2011承压设备焊接工艺评定[S].北京:新华出版社ꎬ2011.㊀[7]㊀赵俊平ꎬ李久林ꎬ祝铁柱ꎬ等.GB/T4338 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铜铝异种金属钎焊接头的电化学腐蚀性能研究【摘要】通过电化学Tafel曲线的测试,在室温3.5%氯化钠溶液中,对铜铝异种金属钎焊接头的电化学腐蚀性能进行了研究。
结果表明:在钎焊过程中,施加一定压力,在一定的保温温度下,延长保温时间,可以提高接头的耐腐蚀性能。
【关键词】异种金属;焊接接头;腐蚀;电化学The Research on Corrosion of Dissimilar Metal Connections of Copper and AlloyZHU Xiao-ou WANG Xiao-li LU Peng-cheng LUO Chang(School of Materials Science and Engineering,Jiangsu University of Science and Technology,Zhenjiang Jiangsu,212003,China)【Abstract】The electrochemical corrosion properties of welded joints of Dissimilar Metal Connections of Copper and Alloy were studied by measuring Tafel polarization curves. The results shows that the corrosion resistance of welded joint is better if imposed appropriate pressure and if made it in the longer holding time under the certain temperature.【Key words】Dissimilar metal;Welded joint;Electrochemical corrosion随着异种金属连接技术的发展,铝铜钎焊接头由于具有优良的力学性能和导电性能,被广泛地用于电气工程,制冷和供暖设备,以及其他需要铝铜连接的各个领域。
异种金属焊接问题及焊接工艺分析摘要:近年来,我国的科学技术水平不断提高,各种新设备、新技术、新工艺应运而生,随之对我国的工程构件的质量提出了更高的要求。
但是在进行工程施工时,不论是哪一种材料,都不可能全面满足施工的需求。
为了能够满足施工的需求,人们开始将不同的材料进行有效融合,让这些材料的性能得到了充分的发挥。
同时还能够有效替代贵重金属,减少不必要的经济投入,提升企业的经济效益。
所以在社会的各个行业之中,经常可以看到异种金属焊接的广泛应用。
但是,近几年我国经常发生异种金属焊接失效的情况,造成了一定的财产损失和人员伤亡。
关键词:异种金属;焊接;焊接工艺;特点一、异种金属焊接的特点在各种加工制造行业中,采用铝合金与钢为基本材料的金属构件已经成为了一种主流,铝合金具有质量轻、耐腐蚀性强、塑性好等特点,钢则是目前机械加工行业最常见的金属材料之一。
常见的二者连接方式一般分为两种,第一种是采用粘结的方式,这种方式接头的机械强度非常有限,无法满足高强度的焊接要求,因此使用的情况比较少。
另外一种就是机械连接,机械连接虽然能够实现高强度的连接,但是无法保证连接的气密性,而且进行机械连接会留下连接痕迹,影响美观。
因此焊接成为了异种金属的连接中最常用的连接手段,由于铝与钢的物理性能存在较大的差异,所以给焊接过程带来了一定的难度,具体包括以下几点:①熔点不同。
众所周知,不同金属的熔点不同,铝材料的金属熔点低于钢。
这就导致在两者进行焊接时,铝材料已经完全融化,整体呈现液态,而钢仍处于固态。
②密度不同。
二者之间的密度也不同,由于液态的铝水比钢水的密度小,所以尽管二者同时融化,那么也会出现铝水浮在钢水上的现象,这样就会导致在进行冷却、定型时,容易出现金属之间融合不均匀的现象,导致整个金属接头性能不理想。
③热导率不同。
由于二者之间的密度和热导率都不相同,加上线膨胀系数存在很大差别,因此在进行焊接的时候,就会造成焊接接头的变形,如果变形十分严重的话,还会产生焊接金属裂纹。
异种钢焊接性能分析与研究奥氏体型不锈钢与低合金钢有很大的差异,不论从化学成分上来说还是物理性能方面,区别都很大。
对于中厚板的异种钢的焊接很难得到一个满意的焊接接头,主要是因为中厚板的异种钢焊接约束力太大,冷冽倾向也很大,所以很难令焊接效果尽如人意。
要想获得一个比较满意的焊接接头,就必须对两种钢的不同特性进行一定的分析,对焊接接头可能出现的问题进行一次比对解析,最后才能够确定适合的焊接工艺。
1 异种钢焊接主要存在的问题1.1 熔点的差异如果相焊的两种金属熔点相差很大,接头性能难以得到保证,16MnR熔点1430℃,00Cr19Ni10熔点1398℃~1420℃,两种金属熔点相差不是很大,一般能获得一个满意的焊接接头。
温度是焊接的一个重要因素,控制好焊接时的温度,能够有助于焊接的效果,对于不同的金属进行焊接,温度是不相同,这也是长期工作以来的一种积累,对工作多多总结有助于提升焊接技术。
1.2 线膨胀系数差异金属受热的涨幅程度,金属本身的延展性,金属的熔点,都是在焊接过程中必须注意、考虑的要素,金属的这些特点在焊接过程中尤为重要,如果对金属的特性认知不够清楚,很容易出现焊接裂纹。
由于低合金钢与奥氏体型不锈钢两种金属线膨胀系数相差很大,产生的应力容易使焊缝热影响区产生裂纹。
1.3 热导率的差异热导率是金属本身的特性,不相同的金属热导率一般不会相同,这就导致了焊接上的一个难点。
通常解决这种问题的方法,一般采用的都是提前预热,将导热较低的金属先进行一个提前预热已达到两种金属同时融化,这样有助于金属的焊接。
但是,这要求操作者必须对各种金属的导热率极为熟悉。
一般低合金钢的热导率为0.288~0.504W/cm·℃,不锈钢的热导率为0.168~0.336W/cm·℃,低合金钢随温度的增加,热导率是下降的,不锈钢随温度的增加,热导率是上升的,所以热导率的不同可使被焊材料熔化不同步,导致金属之间结合不良。
铝-钢异种金属搅拌摩擦焊研究
铝-钢异种金属搅拌摩擦焊是一种新型的焊接方法,其基本原理是利用摩擦热和塑性形变使铝和钢接头之间发生了材料的混合和锚杆结合,从而实现铝-钢异种金属的焊接。
此种焊接方法优点很多,如材料节约、工艺简单、焊接效率高、焊接接头质量高等,因此受到广泛关注和应用。
目前,针对铝-钢异种金属搅拌摩擦焊技术的研究也日益深入。
在工艺参数研究方面,研究者们发现,由于铝和钢的材料特性不同,所以需要进行不同的搅拌摩擦焊接头参数调整。
同时,还需要对摩擦过程中的温度、力量、速度等影响因素进行精细调整,以保证焊接接头的组织和力学性能符合要求。
在接头组织研究方面,晶界迁移、碰撞、扭转等过程深入研究和理解,连接接头的质量也得到了显著的提高。
此外,人们发现,通过预热、多次搅拌摩擦焊接等方法,可以处理接头中产生的变形和残余应力,从而进一步提高接头的品质。
总之,铝-钢异种金属搅拌摩擦焊具有广泛的应用前景,它广泛应用于汽车制造、航空航天、电子制造等领域。
但是,在未来的研究中,研究者们需要进一步深入地探究其焊接接头微观结构和物理性能的变化机理,提高其焊接质量和生产效率。
搅钛合金/铝合金异种金属搅拌摩擦焊工艺研究采用搅拌摩擦焊对TC1钛合金和LF6铝合金异种材料进行了连接,研究了工艺参数对焊缝表面成形、焊接接头横截面形貌和接头的抗拉强度的影响规律。
结果表明,钛合金/铝合金异种材料焊接难度较大,容易产生裂纹、沟槽等缺陷,当搅拌头旋转速度n为750r/min和950r/min,且焊接速度v为118mm/min和150mm/min时均能获得较好的焊缝表面成形,但n 为750r/min时焊接接头横截面钛/铝的界面结合不好,导致接头强度很低。
当n 为950r/min、v 为1118mm/min 时钛合金/铝合金异种材料搅拌摩擦焊接头的强度最高,为131.1MPa。
0 引言铝合金、钛合金是航空航天、能源等高新技术领域中广泛应用的金属材料,其中钛合金有许多独特的优点,如质轻、比强度高、抗冲击等,成为航空航天重点发展的新材料之一[1]。
减轻重量、提高推重比、增加有效载荷等一直是航空发动机和飞机结构设计追求的目标,国内外统计数据表明,二、三、四代军用战斗机各类金属结构材料的用量中钛合金用量大幅度上升至达到整机结构重量的38.8%[2]。
钛合金研究与推广应用的关键之一是钛与异种金属的焊接问题。
针对航空材料特殊性能的要求,将钛合金与铝合金连接形成复合结构可以发挥两种金属不同的性能优势,能大大提高航空航天领域对结构件性能的要求,具有重要的理论意义和实际应用价值,在未来航空结构等领域有广阔的应用前景。
然而,钛合金与铝合金都是活性、极易氧化的金属,两者熔点、热导率、热膨胀系数以及晶体结构等物理性能差异很大,采用常规的焊接方法难以获得满足使用性能要求的焊接接头。
目前,国内外采用电弧熔钎焊[3]、激光熔钎焊[4]、固态扩散焊[5]、液相扩散焊[6]等方法对钛和铝异种材料的焊接进行了研究。
搅拌摩擦焊是一种固态扩散焊接方法,基本不受材料的物理化学性能、机械性能、晶体结构等的影响,对克服不同材料性能差异带来的焊接困难具有极大的优势,比较适合于异种材料的连接。
TC4-DT钛合金线性摩擦焊接头组织和力学性能分析刘颖;张传臣;张田仓【摘要】针对飞机用典型的TC4-DT钛合金线性摩擦焊接头,开展组织及接头的拉伸、冲击和低周疲劳等力学性能测试.结果表明:TC4-DT钛合金线性摩擦焊接头经过700℃+保温3h的热处理后,接头的室温和高温抗拉强度达到母材的97%以上,室温和低温冲击性能略高于母材,室温低周疲劳性能与母材相当,具有良好的综合力学性能.%The Microstructure, tensile strength, impact property and low-cycle fatigue testing properties were studied for TC4-DT liner friction welded (LFW) joint of the aircraft. Test results show that an excellent properties of weld joint can be obtained after post-weld heat treatment (temperature: 700℃ , longtime: 3h). The room and high tensile strengths of TC4-DT LFW joint can reach more than 97% of TC4-DT base metals, and the impact property of the weld joint is slightly higher than the base metal, the low-cycle fatigue property is close to the TC4-DT base metals.【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2017(000)022【总页数】4页(P83-86)【关键词】TC4-DT钛合金;线性摩擦焊;力学性能【作者】刘颖;张传臣;张田仓【作者单位】中国航空制造技术研究院航空焊接与连接技术航空科技重点实验室,北京 100024;中国航空制造技术研究院航空焊接与连接技术航空科技重点实验室,北京 100024;中国航空制造技术研究院航空焊接与连接技术航空科技重点实验室,北京 100024【正文语种】中文TC4-DT钛合金是为了满足新一代飞机对长寿命、高损伤容限和良好耐久性的设计需求,在TC4钛合金基础上,通过成分设计优化、纯净化熔炼和β热加工工艺等途径,改善合金损伤容限性能,使其成为具有900MPa强度级别和高断裂韧性的损伤容限型两相钛合金[1]。
专题综述滋蕊铝/钢异种金属旋转摩擦焊接研究现状朱瑞灿1'4'5,赵衍华!,王浩$,秦国梁$%,刘顺刚%,张凌东&(1.首都航天机械有限公司,北京100076#2.山东大学,济南250061#3.中国电建集团核电工程公司,济南2500674.清华大学,北京100072#5.机械科学研究总院,北京100044#%.火箭军驻北京地区第一军代表室,北京100076)摘要:根据铝/钢异种金属焊接冶金特点及旋转摩擦焊接工艺特点,分析认为旋转摩擦焊最适合铝/钢异种金属轴对称件焊接的工艺。
分别介绍了连续驱动摩擦焊和惯性摩擦焊接工艺对铝/钢异种金属焊接接头的组织和性能的影响。
总结了铝/钢异种金属摩擦焊接技术研发中亟待解决的主要科学问题,铝/钢旋转摩擦焊过程中摩擦界面及其附近剧烈的塑性流变对IMCs生成的影响规律和机制需要进一步的研究;需要开发相应的工艺措施促进铝/钢接头界面成以Fe-AlIMCs为标志的冶金结合,并使IMCs%。
最,研究揭示铝/钢摩擦界面IMCs生成机理、相的组成、形态、分布等冶金行为,对铝/钢旋转摩擦焊接头的组织性能调控具要,铝/钢异种金属焊接结构性能的理。
关键词:铝/钢异种金属;旋转摩擦焊;焊接工艺;力学性能;金属间化合物中图分类号:TG457.10前言、、等工业的迅速发展,能和等问题,节能发的-铝合金具、、成等优点,是结的主要结;但单一铝合金能满要求,铝合金/钢(铝/钢)复合结3能够充分发挥两种材料的性能优势,的的强度等性能,、、冶金、等工域具应[+],发动机铝/钢异种金属[2]、开发用铝/钢异种金属合钻杆⑻及LNG中铝/钢过接头等,均为典型的铝/钢异种金属管式焊接结构,而这些铝/钢复合结构的应用与开发都面临着铝/钢异种金属高强、高可靠性焊接技术瓶颈。
铝/钢异种金属焊接是制备铝/钢复合结构的关键加工制造工艺,常规的3接、螺栓连接等机械连接方法虽然可以实现铝/钢的连接,但存密性差、效果差等缺点,因此难等行业对铝/钢复合结构的要求,需要合适的焊接工艺实现铝/钢异种金属、可靠连接"收稿日期:2020-09-16基金项目:山东省重大科技创新工程项目(2018CXGC0810)doi:10.12073/j.hj.202009160021铝/钢异种金属焊接性分析图1为Fe-Al二元合金相图⑷。
异种钢焊接接头的冲击试验按摘要:1.异种钢焊接接头的冲击试验概述2.试验目的和意义3.试验过程简介4.试验结果及分析5.试验结论与建议正文:异种钢焊接接头的冲击试验是焊接领域中一项重要的试验,其主要目的是评估异种钢焊接接头的性能及其在实际工程中的应用价值。
本文将简要介绍异种钢焊接接头的冲击试验,包括试验目的、过程及结果分析,以期为焊接工程师和研究人员提供有益的参考。
一、异种钢焊接接头的冲击试验概述异种钢焊接接头是指将两种不同钢种焊接在一起形成的接头。
在实际工程中,异种钢焊接接头常用于桥梁、压力容器、石油化工等领域。
为了保证这些结构的安全性能,必须对异种钢焊接接头进行严格的试验检测。
冲击试验是评估焊接接头性能的一种常用方法,可通过测量接头在低温冲击载荷下的韧性来评价其使用安全性。
二、试验目的和意义异种钢焊接接头冲击试验的主要目的有以下几点:1.评估异种钢焊接接头的低温韧性;2.检验焊接工艺参数对焊接接头性能的影响;3.为实际工程提供可靠的焊接接头性能数据;4.指导焊接工艺的优化和改进。
开展异种钢焊接接头冲击试验具有重要的工程应用价值,有助于确保焊接结构的安全可靠,降低工程事故的风险。
三、试验过程简介试验过程中,首先对异种钢焊接接头进行切割、打磨和制备,使其满足试验标准的要求。
然后,将制备好的焊接接头放置在冲击试验机上,进行低温冲击试验。
试验过程中,记录冲击能量、冲击次数和断裂位置等参数。
四、试验结果及分析试验结果表明,不同焊接工艺参数下得到的异种钢焊接接头性能存在较大差异。
通过对比分析,发现焊接电流、焊接速度和预热处理等参数对焊接接头低温韧性影响较大。
在此基础上,提出了针对性的优化建议,以提高焊接接头的性能。
五、试验结论与建议综上所述,异种钢焊接接头冲击试验对于评估焊接接头性能和指导焊接工艺具有重要意义。
为确保焊接结构的安全可靠,建议在实际工程中严格遵循试验结果和分析结论,合理选择焊接工艺参数,并进行必要的预热处理。
国产S30432/T92异种钢焊接接头显微组织分析梁军1、赵彦芬2、薛飞2、朱平2、张璐2、杨超1(1、神华国华(北京)电力研究院北京2、 苏州热工研究院 苏州)摘要:本文主要研究了国产S30432与T92异种钢焊接接头微观组织,分析了焊接接头各微区的组织以及硬度的分布情况。
结果表明:由于在焊接过程中经历的热循环温度不同,在T92侧的热影响区形成了粗晶区和细晶区而S30432侧热影响区没有明显的分区,T92侧熔合区硬度最高。
此外还发现在T92侧的熔合区出现了块状铁素体,并发现T92的Cr eq的不同只影响生成铁素体的量和尺寸。
关键词:S30432;异种钢焊接接头;铁素体;超超临界0 前言为了提高能源的利用率,降低CO2、SO x、NO x等有毒、有害气体排放,节能、高效和环保的洁净煤发电技术得到了大力发展,因此建设大容量、高参数的超超临界火电机组成为必然趋势[1]。
超超临界机组的运行温度一般为580℃以上,蒸汽压力28MPa以上。
蒸汽温度和压力的提高对机组金属材料提出了更高的要求[2]。
T92,Super304H等为代表的新型马氏体、奥氏体耐热钢是目前我国建设超超临界机组过热器、再热器管道主要管材,因此在电站建设过程中异种管材之间的焊接不可避免[1,3,4]。
目前,我国超超临界火电机组建设的技术已达国际先进水平,亟待解决的是新型耐热钢的替代进口、管道的焊接以及管道(包括焊接接头)长期高温、高压运行状态的安全可靠性评估及金属监督等问题[5]。
我国现阶段已建或在建的超超临界机组所用Super304H类钢材均依赖进口日本住友株式会社的专利钢种,在世界范围只有日本住友金属公司与DMV钢管两家制造的钢管,数量少,采购周期长、价格昂贵,且在锅炉制造和安装中发现部分钢管质量未满足标准要求。
经过钢铁行业、锅炉行业、电力行业的多年技术攻关,该钢管的成分得以优化、制作工艺得以不断完善[6-8],最终国内钢管公司已经成功试制出性能较为理想的国产S30432成品管,使我国电站锅炉采用国产化材料成为可能。
异种金属材料焊接接头常识一、异种金属材料焊接接头的特点异种金属材料焊接接头和同种金属材料焊接接头的本质差异和特点,在于熔敷金属两侧焊接热影响区和母材有如下诸方面的不均匀性。
1、化学成分的不均匀性异种金属焊接时,由于焊缝两侧的金属和焊缝的合金成分有明显的差别。
随着焊缝形状、母材厚度、焊条药皮或焊剂、保护气体种类的不同,焊接熔池的行为也不一样。
因而,母材的熔化量也将随之而不同。
熔敷金属与母材熔化区的化学成分由于相互稀释也将发生变化。
由此可见,异种金属焊接接头各区域化学成分的不均匀程度,不仅取决于母材和填充材料各自的原始成分,同时也随焊接工艺而变化。
例如异种金属施焊时所用的焊接电流要尽量小,熔深要浅则受稀释的影响就小。
2、组织的不均匀性由于焊接热循环的作用,焊接接头各区域的组织也不同,而且,往往在局部的地方出现相当复杂的组织结构。
根据舍夫勒组织图(见图1)和稀释率(见图2)可以确定异种金属焊接接头中焊缝区的组织结构。
组织的不均匀性,决定于母材和填充材料的化学成分,同时也与焊接方法、焊道层次、焊接工艺以及焊后热处理过程有关。
若能在工艺上适当调整,可以使焊接接头的组织不均匀程度得到一定的改善。
其中,θ按下式计算:式中,B——填充材料的熔入量(用焊缝中填充材料熔化的截面面积表示);A——母材的熔入量,同样用焊缝中母材熔化的截面面积表示,A=A1+A2;A1、A2——分别为母材1、2熔入的截面面积。
3、性能的不均匀性焊接接头各区域化学成分和组织的差异,带来了焊接接头力学性能的不同,沿接头各区域的室温强度、硬度、塑性、韧性都有很大的差别。
有时在3~5个晶粒的范围内,显微硬度出现成倍的变化;在焊缝两侧的热影响区,其冲击值甚至有几倍之差。
高温下的蠕变极限和持久强度也会因成分和组织的不同,相差极为悬殊。
物理性能对焊接接头影响最大的因素有热膨胀系数和热导率,它们的差异很大程度上决定着焊接接头在高温下的使用性能。
4、应力场分布的不均匀性异种金属焊接接头中焊接残余应力分布不均匀,这是因为接头各区域具有不同的塑性决定的;另外,材料导热性的差异,将引起焊接热循环温度场的变化,也是残余应力分布不均匀的因素之一。
铝-钢异种金属搅拌摩擦焊研究摘要:搅拌摩擦焊是一种新型的固相方法,在异种材料连接方面有广阔的应用前景。
本文从搅拌摩擦的工艺、性能及组织三方面分别介绍了铝-钢搅拌摩擦焊的研究进展,为其深入研究提供了依据。
采用搅拌摩擦焊,异种金属铝-钢可以实现连接,但工艺参数选择范围较小,钢置于前进边时,铝-钢更易连接。
由于铝-钢物理性能的差异,二者流动状态不同,焊核两侧呈现不同结构,接头的力学性能由于脆性金属间化合物的存在而降低。
通过改变热输入或添加第三组元等微量元素的办法可以改善接头的力学性能。
前言在航空航天、交通运输、船舶制造等工业中,为了减轻重量、节约能源、降低成本、满足不同的工作条件, 异种材料的焊接技术日益受到人们的重视[1]。
利用铝及铝合金密度小(大约是钢的1/3),耐腐蚀性、导热率和导电性好的优势,用铝合金代替钢可以减轻结构件的重量,在重型装备轻量化方面具有良好应用前景,然而如何解决铝-钢异种材料间的连接是决定其安全使用的关键问题。
目前,铝-钢的主要连接方法有熔焊中的爆炸焊[2]、焊[3]、熔钎焊[4], 还有固相连接的摩擦焊[5]。
通常爆炸焊接只适用于铝-钢复合板。
采用激光焊和熔-钎焊时,由于铝和钢的熔点、导热性能差异很大,在接头过渡区容易形成多种脆性的金属间化合物,无法获得高质量的接头。
旋转摩擦焊焊接铝-钢又只适用于柱形材料,接头受限制。
以上各种方法都难以保证制备出质量良好的铝-钢焊接接头,限制了其大规模应用。
搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW)是一种新型的固相连接方法,具有高效、环保、热变形和残余应力小等综合优点[6]。
它是利用搅拌头和工件之间的摩擦热,一般低于母材的熔点,因此焊接过程中工件没有熔化,与传统的焊接方法相比,能够有效避免气孔、裂纹等组织缺陷。
此外,搅拌摩擦焊基本不受材料物理化学性能、机械性能及晶体结构等因素的影响,对克服不同材料性能差异带来的焊接困难具有极大的优势[7],因此在异种金属连接中具有广阔前景,相关机理研究也越来越受到重视。
T91与12Cr1MoVG异种钢焊接工艺的优化随着工业的发展,钢材在我们日常生活以及各行业中扮演着重要的角色。
而在钢材的制造过程中,焊接工艺是一个至关重要的环节。
本文将探讨T91钢与12Cr1MoVG异种钢的焊接工艺优化问题。
一、T91钢与12Cr1MoVG异种钢的特性分析T91钢是一种高温高压容器所需的钢材,具有优异的高温强度和耐腐蚀性能。
而12Cr1MoVG异种钢则主要用于石油化工领域,具有良好的耐高温、耐压和耐蚀性能。
两种材料在性能和组织结构上存在一定的差异。
二、T91与12Cr1MoVG异种钢焊接工艺存在的问题在焊接过程中,T91与12Cr1MoVG异种钢焊缝处的结构组织存在以下问题:1. 易产生硬化区:由于两种钢材的成分和硬度不同,焊接处容易出现硬化现象,使焊缝处的脆性增大。
2. 易产生晶间腐蚀:在焊接过程中,由于存在不匹配的晶格结构,焊缝处会容易受到腐蚀的影响,从而降低焊接接头的力学性能和耐蚀性能。
3. 容易出现裂纹:由于两种材料的热膨胀系数不同,焊接过程中容易产生应力集中现象,从而引发裂纹的产生。
三、T91与12Cr1MoVG异种钢焊接工艺的优化方法为了解决上述问题,可以采取以下优化方法:1. 选择合适的焊接材料:通过选择适合T91与12Cr1MoVG异种钢焊接的填充材料,可以降低焊缝处的硬化问题,并提高焊接接头的强度和韧性。
2. 控制焊接参数:合理控制焊接温度和焊接速度,避免焊接过程中产生过高的温度梯度,减少组织结构变化和应力集中的可能性。
3. 采用预热和后热处理:通过预热焊接区域,可以减少热应力的产生,降低裂纹的发生概率。
在焊接完成后,进行适当的后热处理,有助于改善焊接接头的力学性能和晶间腐蚀性能。
4. 加大焊接缝角度:增大焊接缝的角度,可以提高焊接接头的强度和耐腐蚀性能,减少裂纹的产生。
通过以上优化方法,可以明显改善T91与12Cr1MoVG异种钢焊接接头的质量,提高焊接接头的力学性能、耐蚀性能和可靠性。
310s与Q235异种钢焊接(性能)分析陈瑜【摘要】本文进行310s与Q235异种钢的焊接性能分析,首先通过舍弗勒组织图选取合适焊接材料进行手工电弧焊焊接实验,并采取光学显微镜和显微硬度计来观察微观焊接组织,来分析310s与Q235异种钢的焊接性能。
结果表明:焊缝的组织为奥氏体、马氏体和少量的铁素体,熔合区靠近310s一侧存在着增碳的情况,靠近Q235一侧存在脱碳,并且焊接接头性能较好,证明焊接工艺参数选用正确;焊缝的强度高于两侧母材强度,低于热影响区强度,符合焊材等强匹配原则。
【期刊名称】《低碳世界》【年(卷),期】2016(000)013【总页数】3页(P22-23,24)【关键词】310s;Q235;异种钢;组织;硬度【作者】陈瑜【作者单位】四川电力建设二公司,四川成都610051【正文语种】中文【中图分类】TG407目前随着我国工业步伐的不断加快,在机械电力石油化工等行业中,异种钢的焊接结构被越来越多的广泛使用,使用异种钢焊接结构,能合理的使用材料,充分发挥每一种材料的特性。
不但可以节约大量的高合金钢,减轻设备的重量,降低成本而且能够提高结构的工作和使用性能。
因此,使用异种钢焊接结构件,具有非常大的技术价值和经济意识,异种钢焊接必然会在以后的电力建设施工焊接技术更新起着至关重要的推动作用。
310s不锈钢是属于奥氏体铬镍不锈钢,具有很好的抗氧化性、耐腐蚀性,310s奥氏体型不锈钢的化学成分特性是以铬、镍为基础添加钼、钨、铌和钛等元素,由于其组织为面心立方结构,因而在高温下有高的强度和蠕变强度。
Q235属于普通碳素结构钢,主要由铁素体与珠光体构成,故也属于珠光体钢。
当奥氏体不锈钢与珠光体钢焊接时,因为珠光体钢母材的稀释作用,导致焊缝的成份和构造发生了巨大的变化。
为了确保焊缝成分合理,经过选取填充金属成分和控制熔合比,能够在十分宽广的范围中调整焊缝的成分和组织性能。
应指出的是奥氏体与珠光体异种钢焊接时,因为母材热处理性能的差别和电弧偏吹的存在,二者的熔化量必然是不相同的,珠光体钢一侧的熔化量可能要大一些。