2022年, 第0卷, 第4期　
刊出日期：2022-04-30

  

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专题综述
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  铝/铜异种金属熔钎焊工艺及界面调控方式的研究现状

  李岩, 樊丁, 黄健康, 于晓全

  焊接. 2022, 0(4): 1-8. https://doi.org/10.12073/j.hj.20211201001

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  铝/铜复合结构件具有质量轻、综合性能优异等优势使其在电气电工、航空航天、新能源汽车等行业具有广泛的应用前景。但由于铝/铜在物理化学性能上的差异,使其在焊接过程中存在界面调控等诸多问题。为解决这些问题,国内外研究者通过工艺调控和冶金调控来抑制金属间化合物的生长,促进Al/Cu之间的冶金结合。文中从铝/铜熔钎焊方法进行了综述介绍,重点总结了焊接接头界面调控的方法,提出了该领域的研究热点及难点,并且探究了未来铝/铜焊接的发展趋势及应用前景。结果表明,从焊接效率、焊接强度来看当属熔钎焊最佳,但是其接头处的金属问化合物影响了其机械性能,通过添加微量元素的冶金调控,可以使其力学性能大幅提升。
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  抗冲蚀磨损涂层制备技术及机理的研究进展

  张昆, 李美求, 魏轲, 冯鹏云

  焊接. 2022, 0(4): 9-16. https://doi.org/10.12073/j.hj.20220127006

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  在油气开采作业过程中,高压流动介质中固体颗粒对结构件的冲蚀磨损而引起综合表面性能下降,造成了基材损坏,严重影响了关键设备的使用寿命。冲蚀最先被破坏损伤的是材料表面,表面沉积涂层处理技术是改善特定应用中裸漏零部件特性的有效方法。提高表面涂层性能是设备抗冲蚀常用的手段,正越来越多地用于石油和天然气行业中。根据材料本身的物理特性,文中从塑性材料和脆性材料的分类评述了其各自冲蚀机理,综述了利用热喷涂技术、激光熔覆技术、电镀技术及气相沉积等技术制备抗冲蚀磨损涂层的研究现状和进展,介绍了这些技术在制备涂层过程和使用的主要仪器设备。提出了应用多种工艺技术交叉来制备抗冲蚀磨损涂层的方法和以后研究的重点。并对涂层抗冲蚀磨损领域未来的研究方向进行了展望,为固液或气固等多相流动介质的高压石油装备抗冲蚀设计提供参考。
试验研究
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  核电321不锈钢旋转电弧窄间隙GTAW工艺

  陈崇龙, 周继辉, 李侃, 方超, 谷国超, 贾传宝

  焊接. 2022, 0(4): 17-22,31. https://doi.org/10.12073/j.hj.20211201002

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  采用旋转电弧窄间隙钨极氩弧焊(NG-GTAW)新工艺对核电321不锈钢进行窄间隙焊接试验,根据工业生产实际对321不锈钢的施焊要求,将热输入严格控制在10 kJ/cm以下,并得到侧壁熔合良好、无明显缺陷的焊接接头。对旋转电弧NG-GTAW工艺过程温度场和应力场分布展开研究,发现在填充焊过程中,近焊缝区域最高温度可达600℃,此时奥氏体不锈钢处在敏化温度区间,在此温度长时间停留可能导致不锈钢耐蚀性能下降。在垂直于焊缝方向,近焊缝区域呈现拉应力,应力值略高于材料的屈服强度,随着与焊缝距离的增加,应力值逐渐降低,在一定位置处,拉应力转变为压应力。沿焊缝方向上,板材中间区域应力值较高,两端应力较低。
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  碳钢爆炸焊界面形貌预测及影响因素分析

  曾翔宇, 李晓杰, 金平

  焊接. 2022, 0(4): 23-31. https://doi.org/10.12073/j.hj.20220301001

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  为完善爆炸焊波状界面形成机理和特性,并探究界面形貌的量化预测分析方法,文中以流体弹塑性模型为基础,结合多组钢/钢、钛/钢爆炸焊试验结果,定性地分析了基板材料强度与飞板冲击强度对爆炸焊界面形貌的影响,并定量推导了界面形貌的量化计算方法。结果表明,在相同的爆炸焊条件下,界面的波纹形貌受基板材料强度及飞板冲击强度的影响十分明显,且界面比波长随比强度的变化趋势存在明显的流动限拐点;拐点前比波长随比强度的增大而迅速上升,拐点后比波长受比强度的影响较小并随比强度的增大而逐渐平稳。以比强度为主要变量,结合流体弹塑性模型及可焊窗口理论构建的界面形貌预测计算公式在钢/钢、钛/钢材料的爆炸焊试验中均呈现了较好的定性分析效果;以比强度作为分析爆炸焊界面形貌主要特征变量之一的方法在性能与碳钢接近的金属中具有一定的参考价值。
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  2A12铝合金预置裂纹脉冲电流处理初探

  王立伟, 毛亚宁, 王守勇, 梁志敏, 汪殿龙

  焊接. 2022, 0(4): 32-36,47. https://doi.org/10.12073/j.hj.20211117003

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  文中进行了脉冲电流对2A12铝合金预制裂纹的修复试验,观察了脉冲电流处理前后试样的微观组织变化,测试了脉冲电流对试件硬度和抗拉强度的影响。试验结果表明,峰值电流为295 A,410 A和656 A,作用时间分别为1.5 s,1.5 s和2.25 s,电压为4 V的脉冲电流均可使裂纹呈愈合趋势。峰值电流为410 A的脉冲电流裂纹愈合效果最好,裂纹尖端周围区域晶粒得到细化。脉冲电流处理前、后试件硬度平均值分别趋近于130 HV,125 HV,脉冲电流在裂纹尖端区域的焦耳热效应使该区域发生回复与再结晶,内应力消除,硬度降低。脉冲电流处理前、后试件的平均抗拉强度分别为273 MPa,281.7 MPa,裂纹区域的高密度脉冲电流加速位错移动,使抗拉强度提高了3.19%。文中使用参数调控简便的UNl-1型对焊机作为脉冲电流处理电源,采用了锤击预制裂纹方法,得到的裂纹与实际更为接近,并通过试验验证了2A12铝合金裂纹脉冲电流修复的可行性。
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  K480镍基高温合金钎焊接头组织与性能

  王浩, 吴欣, 程耀永, 毛唯

  焊接. 2022, 0(4): 37-42,47. https://doi.org/10.12073/j.hj.20220324006

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  采用Ni-Nb-W-Co-Cr-A1钎料对K480高温合金进行真空钎焊,通过扫描电镜和能谱分析研究了钎焊接头微观组织和钎焊保温时间对微观组织的影响,通过拉伸试验机研究了钎焊接头高温拉伸性能的变化规律。结果表明,在1 220℃×15 min镍基钎料可与高温合金粉末发生冶金反应生成致密完整的钎焊接头。钎焊接头主要由高温合金粉末颗粒、γ+γ'共晶相、含Si硼化物相和富Nb的Ni₃Si相组成。与此同时,钎料中的Nb,w等元素向母材发生扩散生成(Nb,Ti) C和(Mo,W,Cr,Ni)₃B₂相。随着钎焊保温时间延长,合金粉末颗粒不断长大,接头中脆性化合物总量减少,含Si的硼化物逐渐由块状、条状转变为骨架状(Mo,W,Cr,Ni),B,相,保温时间超过l h,接头内出现大尺寸孔洞缺陷。保温时间为15 min时可获得最佳的接头性能,980℃高温拉伸强度为585 MPa,达到母材性能的90%以上。保温时间超过1 h后,钎焊接头高温拉伸性能出现下降趋势,其原因主要是由于(Mo,W,Cr,Ni)₃B₂骨架状结构和大尺寸孔洞缺陷的出现所致。
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  Cu对低合金高强钢熔敷金属有效晶粒尺寸的影响

  王爱华, 王晶

  焊接. 2022, 0(4): 43-47. https://doi.org/10.12073/j.hj.20210823002

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  通过透射电镜和电子背散射衍射技术,研究了cu对低合金高强钢熔敷金属有效晶粒尺寸的影响。研究结果表明,熔敷金属的组织主要由板条状贝氏体和板条马氏体组成,随Cu含量由0.052%增加到0.53%,板条结构变得细小致密;当Cu含量为0.052%时,有效晶粒的平均尺寸为2.39 μm,当cu含量增加到0.24%时,有效晶粒的平均尺寸减小到2.18 μm,当Cu含量继续增加到0.53%时,有效晶粒的平均尺寸最终减小到1.99 μm,随Cu含量的增加,有效晶粒得到细化。
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  DP980双相钢CMT焊接接头组织及性能

  刘岩, 刘兆真, 陈永满, 贺春林, 鞠小龙

  焊接. 2022, 0(4): 48-53,64. https://doi.org/10.12073/j.hj.20220128002

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  基于冷金属过渡(CMT)焊接技术,对1.2 mm厚DP980双相钢进行焊接试验。研究3~6 m/min送丝速度和350~600 mm/min焊接速度工艺参数对焊接接头显微组织与力学性能的影响。结果表明,CMT搭接焊工艺可制备无明显缺陷、成形性良好的DP980双相钢焊件;焊接接头热影响区分为完全相变粗晶区、完全相变细晶区及不完全相变软化区3个部分,主要由马氏体、铁素体和少量贝氏体组成;随着送丝速度的增大,粗晶区晶粒尺寸由13.89μm增大至25.17μm;随焊接速度的增大,粗晶区晶粒尺寸由26.86μm减小至16.11μm;完全相变细晶区平均显微硬度可达400 HV,而软化区硬度则降低至260 HV;在3 m/min送丝速度和500 mm/min焊接速度条件下,焊件拉伸性能最佳,抗拉强度可达967 MPa;由于软化区铁素体富集,断口产生于软化区,断裂方式为韧性断裂。
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  CBN磨粒Cu-Sn-Ti合金的预连接及电阻焊工艺

  王超, 刘明超, 马伯江

  焊接. 2022, 0(4): 54-58. https://doi.org/10.12073/j.hj.20211023001

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  利用Cu-Sn-Ti合金预连接CBN磨粒,并将其用电阻焊焊接在基体上,为有序排布CBN工具磨粒的精确固定和工具使用后损毁磨粒焊植修复做先期探索。通过差示扫描量热法对Cu-Sn-Ti合金热分析;使用扫描电镜分析预连接及电阻焊后磨粒的微观形貌;用拉曼光谱仪分析电阻焊试样及钎焊试样磨粒的应力;通过磨削试验研究电阻焊CBN磨粒的磨削性能。研究表明,在950℃保温120s的预连接工艺下,CBN与Cu-Sn-Ti合金产生化学冶金结合。电阻焊后预连接层与基体预熔涂层熔合,焊缝未见裂纹、气孔、未熔合等缺陷,CBN磨粒仍然棱角分明。在距表面600μm处,钎焊CBN磨粒所受压应力σ=0.43 GPa,电阻焊CBN磨粒压应力为0.69 GPa,较大的压应力使电阻焊CBN磨粒受到更强的把持力。磨削试验显示,电阻焊CBN磨粒的稳定性及磨削效率优于钎焊CBN磨粒。
生产应用
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  高钢级管道环焊缝裂纹失效分析

  雷铮强, 戴联双, 王富祥, 王维斌, 冯庆善

  焊接. 2022, 0(4): 59-64. https://doi.org/10.12073/j.hj.20211116002

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  含裂纹缺陷的环焊缝失效分析,是解决X70及以上高钢级管道环焊缝质量风险的必要环节。文中对现阶段含裂纹缺陷的环焊缝排查和失效分析进行了梳理和成果总结分析,及时发现问题和规律,为后续安全管控和裂纹机理研究提供参考。已有失效分析规律总结如下:X70及X80管道环焊缝裂纹以根焊开裂形式为主;变壁厚、管道顶部和底部等位置容易发生环焊缝裂纹缺陷,焊接施工和缺陷无损检测及评判时应重点关注,尽量避免漏评误判;焊瘤、错边、余高等外观检测指标超标,导致环焊缝成形较差,影响裂纹缺陷的检出并加重根焊位置的应力集中。基于上述规律,建议对新建管道需加强针对管道环焊缝外观检测、根焊裂纹检测工艺。而对于在役管道,重点防范弯曲等附加载荷影响,依托环焊缝裂纹失效分析,进一步研究环焊缝裂纹形成的微观机理和控制参数。