西南交通大学材料科学与工程学院材料先进技术教育部重点实验室，四川 成都 610031
选用6 mm厚低碳贝氏体钢板进行激光-MAG复合焊接(MAG焊，熔化极活性气体保护电弧焊)，以激光功率、焊接速度、送丝速度为试验参数，以焊缝成形系数(ψ)、激光区面积比(R)为响应指标，建立响应面分析数学模型。送丝速度对ψ和R的影响显著，激光功率与焊接速度的交互作用对ψ的影响显著，送丝速度与焊接速度的交互作用对R的影响显著。对焊缝成形进行评定，筛选出最优工艺参数：激光功率4120～4300 W，焊接速度15.3～16.3 mm/s，送丝速度12.3～13.6 m/min。经试验验证，ψ和R的模型准确度分别为95.0%和92.3%。
激光技术 激光-MAG复合焊接 低碳贝氏体钢 响应面法 成形系数 激光区面积比 中国激光
2022, 49(16): 1602018
1 贵州大学 机械工程学院, 贵州 550025
2 装甲兵工程学院 再制造国防科技重点实验室, 北京 100072
3 哈尔滨工业大学 先进焊接与连接国家重点实验室, 哈尔滨 150001
为了实现高强贝氏体钢零部件增材修复的目的, 采用激光粉末沉积+等温热处理的方法制备了一种中碳高强贝氏体钢, 其合金成分(质量分数)为Fe-0.0029C-0.0150Si-0.0150Mn-0.0096Cr-0.0120Ni-0.0100Al-0.0050Mo。使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪对贝氏体钢的微观组织进行表征, 采用拉伸试验机以及显微维氏硬度仪对材料的力学性能进行表征, 试样沉积后在280℃盐浴等温处理5h具备最佳综合性能, 平均显微硬度达到494.5HV, 抗拉强度达到1248MPa、屈服强度达到1037MPa, 延伸率达到14.5%。结果表明, 不同工艺参量试样微观组织均由贝氏体板条以及残余奥氏体组成, 且组织均匀, 无碳化物、偏析以及气孔夹杂等缺陷, 但等温时间过低以及等温温度过高都会导致组织性能劣化。该研究为高强零部件的增材修复提供了参考。
激光技术 高强韧性贝氏体钢 激光粉末沉积 等温工艺参量 laser technique high strength and toughness bainite steel laser powder deposition isothermal process parameters
西南交通大学材料科学与工程学院, 四川 成都 610031
采用脉冲激光-MAG复合焊和激光-MAG复合焊两种方法,对8 mm厚、1000 MPa级的B950CF高强钢进行对接焊,对比分析两种焊接接头的显微组织、硬度、拉伸性能以及疲劳性能。结果表明,两种焊接方法得到的焊缝组织均由板条马氏体、贝氏体和少量残余奥氏体组成,粗晶区组织为粗大的板条马氏体,细晶区组织由细小的马氏体和贝氏体组成,不完全相变区组织主要为贝氏体和少量马氏体。两种焊接方法所得焊接接头的硬度分布趋势相似,但硬度值相差较大,焊缝区的硬度均高于母材,热影响区存在软化现象。接头拉伸试样断裂均出现在母材。脉冲激光-MAG复合焊接头的疲劳强度(Nf =10 7)平均值为311 MPa,相比激光-MAG复合焊接头的289 MPa提高了22 MPa,约7.6%。与激光-MAG复合焊相比,脉冲激光-MAG复合焊接头疲劳试样的疲劳源气孔更小,且焊缝组织分布更加无序,均有利于提升焊接接头的疲劳寿命。
激光技术 B950CF贝氏体钢 脉冲激光-MAG复合焊 显微组织 疲劳性能 中国激光
2021, 48(14): 1402006
西南交通大学材料科学与工程学院焊接研究所, 四川 成都 610031
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。
激光技术 超窄间隙激光填丝焊接 残余应力 X射线衍射法 微型剪切试验 高强度贝氏体钢
1 中车青岛四方机车车辆股份有限公司, 山东 青岛 266111
2 西南交通大学材料科学与工程学院, 四川 成都 610031
采用标准紧凑拉伸试样对比了超低碳贝氏体钢激光电弧复合焊接接头的电弧主导区、激光主导区、热影响区和母材区的疲劳裂纹扩展速率,总结了各微区疲劳裂纹的扩展特征,分析了裂纹扩展路径发生偏折的原因。结果表明:随着应力强度因子增大,各微区的裂纹扩展速率均提高,但热影响区和母材区裂纹扩展速率的增长率随着应力强度因子的升高而减慢;当应力强度因子较低时,各区疲劳裂纹扩展速率由快到慢的顺序为母材、热影响区、电弧主导区、激光主导区;随着应力强度因子升高到一定值,各区疲劳裂纹扩展速率由快到慢的顺序变为激光主导区、电弧主导区、母材、热影响区;裂纹在热影响区内扩展时的扩展方向会发生明显偏折,并随着应力强度因子增大而产生大量二次裂纹,在焊缝的裂纹中仅发生小幅偏折,这与材料的成分和组织不均匀有关;通过观察各微区的断口认为二次裂纹的产生与硬质相颗粒有关,二次裂纹的产生也是疲劳裂纹扩展速率变化的重要原因。
激光技术 贝氏体钢 激光电弧复合焊 疲劳裂纹扩展 二次裂纹 中国激光
2019, 46(10): 1002014
哈尔滨工业大学 现代焊接生产技术国家重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150001
针对12 mm厚超低碳贝氏体(ULCB)钢,采用中小功率CO2激光与气体金属电弧(GMA)复合进行了多层焊接试验。试验结果表明,采用3层焊接,且每层热输入均匀变化时即可获得良好的焊缝成形。焊接过程中,打底焊时激光焦点要严格控制在焊缝坡口钝边金属之内,填充层对激光焦点位置的要求并不严格;为了充分发挥激光的作用,应采用较高的送丝速度。此外,焊缝的拉伸力学性能测试结果表明,超低碳贝氏体钢激光-GMA电弧复合焊接接头的抗拉强度可达到母材的95％以上,甚至部分焊缝超过母材,其平均抗拉强度达到829.5 MPa。当试样断于焊缝时,焊接缺陷是造成焊缝强度下降的主要原因。
激光技术 激光焊接 超低碳贝氏体钢 多层焊 焊缝成形 力学性能
1 清华大学 机械工程系，北京 100084
2 清华大学 先进成形制造重点实验室，北京 100084
为了研究新一代超低碳贝氏体(NULCB)钢的焊接性，利用3kWCO2激光对NULCB钢进行了焊接，并分析了焊接接头组织、性能的变化规律。试验结果表明，激光焊接接头显微硬度均高于母材，未出现明显的软化区；焊缝区和热影响区粗晶区组织均为贝氏体板条和M－A组元组成的粒状贝氏体；热输入由120J／mm～600J／mm范围内变化时，随着热输入的增大，M－A组元的平均宽度、总量、形状因子增大，M－A组元线密度减少；随热输入的增大，激光焊接焊缝区冲击吸收功先增大然后减小。合适的激光焊接条件下，激光焊接焊缝区具有良好的韧性，其低温冲击吸收功高于母材。
激光技术 超低碳贝氏体钢 组织 性能 laser technique ultra-low carbon bainitic steel microstructure mechanical property
1 清华大学机械工程系, 北京 100084
2 先进成形制造重点实验室,北京 100084
采用激光焊接和熔化极活性气体保护焊接(MAG焊接)两种方法对800 MPa级新一代超低碳贝氏体(NULCB)钢进行了焊接，研究了焊接热影响区(HAZ)组织、性能的变化规律。实验结果表明，热影响区组织均为贝氏体板条和马氏体-奥氏体(M-A)组元组成的粒状贝氏体;在实验所采用的不同热输入情况下，随着热输入的增大，马氏体-奥氏体组元的平均宽度、总量、形状因子增大，但其线密度减少;在合适的激光焊接条件下，热影响区韧性高于母材;激光焊接接头显微硬度随热输入的增大而减小，均高于母材，未出现明显的软化区。
激光技术 超低碳贝氏体钢 激光焊接 热影响区 组织 韧性
