针对1000 MPa级调质超高强钢的焊接接头性能恶化等问题,选用等强匹配焊丝MG90-G和低强匹配焊丝ER80YM,对BS960E调质超高强钢实施激光-MAG电弧复合焊接接头拉伸、低温冲击韧性测试,并结合扫描等手段进行断口分析。结果表明,当焊接速度为1.32 m/min和0.72 m/min时,拉伸均断裂于母材,当焊接速度为0.72 m/min时MG90-G焊丝和ER80YM焊丝焊接接头的拉伸强度分别为1129 MPa和1145 MPa,延伸率分别为11.2%和12.5%。两种焊丝焊接接头的焊缝冲击断口均出现韧性断裂特征,而热影响区冲击断口主要表现为脆性断裂,0.72 m/min焊速条件下的焊缝冲击性能优于1.32 m/min焊速条件。随着焊接速度的降低,MG90-G焊丝焊接接头的热影响区脆性增加,但由于线能量相差不大,冲击性能的恶化不太明显。而ER80YM焊丝焊接接头的热影响区冲击韧性随着焊接速度的降低而增强。

超窄间隙激光填丝焊(Ultra-narrow gap laser welding,Ultra-NGLW)是一种先进的厚贝氏体钢焊接技术。通过数值模拟和X射线衍射法,分析了超窄间隙激光填丝焊接头残余应力的分布和变化,结果表明:在不同厚度(20 ,50 ,70 mm)的超窄间隙激光填丝焊接头的表面,残余应力均呈“W”形分布。利用微型剪切试验,分析了显微组织对接头残余应力的影响:熔合线处形成的马氏体脆硬组织使接头形成了“软-硬-软”的夹心组织,导致接头的应力分布与一般的焊接接头不同,而多层填丝焊的特殊工艺导致接头中间层的应力增加。

为研究低温下高速列车用耐候钢激光-MAG复合焊接头的断裂行为,通过低温断裂韧性试验获得接头焊缝、热影响区和母材的断裂韧度J_m。采用Boltzmann函数进行拟合分析,得到各区的韧脆转变温度。结果表明:随着温度降低,接头各区域的断裂韧性呈降低的趋势,母材的低温韧性优于焊缝的低温韧性;焊缝区的韧脆转变温度约为-65.9 ℃,热影响区的韧脆转变温度约为-70.4 ℃,均高于母材(-81.9 ℃)。通过对微观组织和断口形貌的对比分析,阐明了激光-MAG复合焊接头各区域的微观断裂机理,焊缝金属较低的低温断裂韧性主要是由晶粒粗大和存在粗大的先析铁素体造成的。