经典好文 | 《电焊机》杂志2024年第7期上线！！（焊接工艺篇·上）

中锰低温钢富氩混合气体保护焊工艺研究

较高的锰含量给中锰低温钢焊接带来了挑战，这在一定程度上限制了中锰低温钢在工业生产中的应用。采用富氩混合气体保护焊对中锰低温钢进行焊接试验，研究不同焊接热输入条件下，焊接接头显微组织和力学性能的变化规律。结果表明：除焊缝及母材外，焊接接头各区域均为局部硬化区，且硬化程度随热输入的增加而增大；当热输入由12kJ/cm增加到22kJ/cm时，焊接接头的屈服强度由820MPa降至775MPa，抗拉强度由983MPa降至925MPa；当热输入为12kJ/cm 和16.8kJ/cm时，其焊接接头在-40℃条件下均有着良好的冲击韧性，且后者焊接接头各区域冲击吸收功较为均匀，在45J左右；焊缝区细小的夹杂物及针状铁素体提供了高密度的大角度晶界，减缓了裂纹扩展速率。热影响区稳定性较低的残余奥氏体在受到冲击载荷作用时发生相变诱导塑性（TRIP）效应，提高了焊接接头的低温冲击韧性。

中锰低温钢；富氩混合气体保护焊；焊接热输入；残余奥氏体

（1）三种热输入条件下WM处显微组织为针状铁素体及少量多边形铁素体，CGHAZ区域为全马氏体组织，FGHAZ细小的马氏体板条间及原奥氏体晶界处分布着块状、条状的残余奥氏体，且随着热输入的增大，各区域显微组织逐渐长大，HAZ范围扩大。

（2）过高碳饱和度的板条马氏体组织导致三种热输入方案焊接接头中的HAZ均为局部硬化区，TRHAZ硬化程度最高，CGHAZ次之，随着热输入的增大，焊接接头硬化程度有增大的趋势。

（3）三种热输入方案焊接接头均有着优异的拉伸性能，拉伸断裂位置均在母材处。随着热输入的增大，焊接接头的屈服强度及抗拉强度均有所下降。当热输入由12kJ/cm增加到22kJ/cm时屈服强度由820MPa降至775 MPa，抗拉强度由983MPa降至925MPa，断后伸长率变化不明显，在23%左右波动。

（4）当热输入为16.8kJ/cm时，焊接接头各区域冲击吸收功较为均匀，低温冲击性能良好，-40℃冲击吸收功在45J左右。而当热输入增大到22kJ/cm时，焊接接头的冲击韧性明显降低，其在WM及距WM+4mm处的-40℃冲击吸收功分别为32J和31.8J，成为了焊接接头的薄弱环节。为了保证中锰低温钢焊接接头具有一定强度的同时获得优异的低温冲击性能，应采用小热输入的焊接方案。

PPCA-TIG焊过程中MnCl₂和CaF₂活性剂电弧光谱对比研究

PPCA-TIG焊作为一种高效焊接方法，提高了活性元素在熔池表面的利用率，但对该电弧物理行为的理解仍存在空缺。为阐明PPCA-TIG焊中活性元素在电弧中的分布特征和对电弧物理行为的影响规律，拟采用光谱法，设计电弧空域逐点扫描同步采集系统，使用CaF₂、MnCl₂两种活性剂，采用Stark谱线法计算电弧电子密度，并对Ca、Mn元素的分布特征进行讨论。结果表明，相同参数下，加入MnCl₂和CaF₂活性剂后能明显提高整体电弧的电离度和电子密度，在热输入保持不变的情况下，电子密度的提高导致电流密度增加，熔池表面的热量更加集中，从而增加焊缝熔深。

PPCA-TIG焊；活性剂；电子密度；电弧光谱；电弧温度

（1）MnCl₂和CaF₂活性剂在对PPCA-TIG电弧行为的影响机制主要与本身的熔沸点、、蒸发潜热和在电弧中的受力情况相关。

（2）PPCA-TIG焊时，加入MnCl₂和CaF₂活性剂后能明显提高整体电弧的电离度，并且显著提高电弧的电子密度，在热输入保持不变的情况下，电子密度的提高导致电流密度的增加，熔池表面的热量更加集中，从而增加焊缝熔深。

Cu箔缓冲层对SiO₂/TC4接头组织性能的影响

针对SiO₂石英玻璃/TC4钛合金钎焊接头易脆裂难题，以Cu箔为缓冲层，采用AgCuTi活性钎料对石英玻璃/TC4钛合金进行真空钎焊。通过金相显微镜、扫描电镜、能谱仪以及X射线衍射仪、力学试验机分析Cu缓冲层及不同钎焊工艺对SiO₂/TC4接头组织结构及力学性能的影响。研究结果表明，在合适的钎焊温度下，Cu箔缓冲层的加入一方面在SiO₂/AgCuTi界面处形成了合适厚度的TiSi₂+Ti₄O₇/Cu₂Ti₄O双层结构，另一方面在焊缝中形成大量韧性较好的Cu固溶体，这些固溶体在钎焊冷却过程中通过钎缝自身的蠕变和屈服吸收接头中的残余应力，减少接头残余应力，提高了钎焊接头的力学性能。当钎焊温度为900℃、保温时间10min时，SiO₂ /TC4钎焊接头抗剪强度最高，达到38MPa。Cu箔缓冲层的加入显著改善了SiO₂石英玻璃/TC4钎焊接头的力学性能。

石英玻璃；TC4钛合金；Cu箔缓冲层；固溶体；应力

（1）AgCuTi钎料中加入Cu箔缓冲层，一方面在焊缝中形成大量的韧性较好的Cu固溶体，另一方面在SiO₂/AgCuTi形成一定厚度的TiSi₂+Ti₄O₇/Cu₂Ti₄O双层结构，使得钎焊接头较完整，无明显的裂缝。

（2）钎焊温度影响SiO₂/AgCuTi界面反应层厚度以及焊缝中固溶体的分布和占比，当钎焊温度为900℃、保温10min时，SiO₂/AgCuTi界面反应层厚度较合适，为2.08μm，焊缝内存在大量的Ag固溶体和Cu固溶体，且焊缝组织最均匀。

（3）当钎焊温度为900℃、保温时间10min时，SiO₂ / AgCuTi / Cu / AgCuTi / TC4接头抗剪强度最高，达到38MPa，Cu缓冲层的加入对提高石英玻璃/TC4钎焊接头力学性能有明显效果。

窄孔内壁激光金属沉积Stellite6合金耐磨层组织及性能研究

为解决窄孔内壁堆焊的可达性差和提高304L不锈钢的耐磨性能，采用激光金属沉积的方式在深30mm、直径14mm的304L窄孔内壁制备了一层约2.5mm厚、致密度为99.9981%、无裂纹、未熔合等缺陷的stellite6耐磨层。通过微纳CT、XRD、金相、硬度测试和摩擦磨损试验等方法，系统研究了耐磨层的组织、相组成、硬度分布和耐磨性能。结果表明，Stellite6耐磨层致密无缺陷，其显微组织从底部到顶部依次为平面晶、胞状晶、树枝晶和等轴晶。相组成主要为γ-Co、M₂₃C₆、CoCx及（Cr，Fe）₇C₃等。熔合线附近各种元素均匀分布，未出现明显聚集。耐磨层的显微硬度平均值是基体304L的2.38倍，且窄孔不同高度位置的显微硬度值相对稳定。耐磨层的磨损率较304L基体降低了29.3%，显示出优异的耐磨性能。该研究为大深宽比内孔壁激光金属沉积耐磨层在核电、能源动力等行业的应用提供了依据。

激光金属沉积；窄孔内壁；Stellite6合金；组织性能；耐磨层

（1）采用激光金属沉积在深30mm、直径14mm的304L不锈钢窄孔内壁成功制备了约2.5mm厚Stellite6耐磨层，其致密度高达99.9981%，且无裂纹、未熔合等缺陷。

（2）Stellite6耐磨层的显微组织从底部至顶部依次为平面晶、胞状晶、树枝晶及等轴晶，其相组成主要为γ-Co、M₂₃C₆、CoCx及（Cr，Fe）₇C₃等。熔合线附近各种元素均匀分布，未出现明显聚集；Co、Cr、W与Fe等元素在耐磨层底部与304L基体组织之间明显扩散。

（3）窄孔内壁stellite6耐磨层的平均显微硬度为基体304L的2.38倍，且窄孔不同高度位置的显微硬度值相对稳定。

（4）窄孔内壁stellite6耐磨层的摩擦系数远小于304L基体，磨损率与304L基体相比减少了29.3%，耐磨性有明显提升。

（5）在核电、能源动力等行业的严苛工况下，窄孔内壁耐磨层高温条件下的耐磨耐蚀性能还有待进一步去分析研究，为该研究推向工程应用提供更加全面的支撑数据。

焊接速度对铝钢异种金属激光填丝熔钎焊性能的影响

采用不同的焊接速度对铝合金E600及汽车车身用镀锌钢板DP590D+Z进行激光填丝熔钎焊试验，焊接材料选用ER4047焊丝，分别对不同焊接速度下的焊缝成形质量、金属间化合物层厚度及力学性能进行了分析研究。结果表明：选择适当的焊接参数时，利用激光填丝熔钎焊可获得成形良好且具有一定抗拉强度的熔钎焊接头。为保证焊缝接头的性能，需控制界面处主要成分为FeAl₂和FeAl₃的金属间化合物层的厚度，随着焊接速度的提升，线能量下降，金属间化合物层厚度随之减小。综合考虑接头的线载荷及生产效率，最优焊接速度为1.5m/min，此时线载荷约为197N/mm，换算成铝合金强度为219MPa，相当于母材强度的81%。

铝/钢；激光填丝焊；熔钎焊；焊接速度；金属间化合物

（1）采用铝上钢下的搭接形式，实现了E600铝合金和DP590D+Z镀锌钢板的激光填丝熔钎焊，铝板与镀锌钢板形成了有效连接，获得了稳定的熔钎焊接头。综合考虑生产效率及焊接性能，最优焊接工艺参数为：激光功率3400W，送丝速度4m/min，离焦量Δf=+2mm，激光中心与试板边缘偏移量为0.6mm，焊接速度0.9~1.5m/min。

（2）试验结果表明，当提高焊接速度时，线能量下降，焊缝有效宽度减小，金属间化合物厚度也随之减小。因此，在满足铝钢异种金属焊接成形的基础上，尽量选择较高的焊接速度，能有效控制金属间化合物层的厚度，保证接头强度。

（3）稳定的激光填丝熔钎焊接头线载荷主要取决于接头有效连接宽度和铝合金母材自身性能，综合考虑生产效率时，最优焊接速度为1.5m/min。此时的拉伸试样主要断裂在热影响区，线载荷约为197N/mm，换算成铝合金强度为219MPa，相当于母材强度的81%。

转速对铝铜异种金属薄板搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

探讨了不同转速（1600~2000r/min）对铝铜异种金属薄板搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响，旨在为铜-铝较薄复合构件的开发提供理论依据。实验采用搅拌摩擦焊（FSW）技术对接焊铝和铜薄板，通过金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱仪器（EDS）、X射线衍射仪（XRD）和显微维氏硬度计等设备对焊接接头的宏观形貌、微观结构、元素分布、金属间化合物（IMCs）相和硬度分布进行分析，并通过拉伸试验机研究其力学性能。结果表明，在1600~1800r/min转速下，可获得表面质量良好的焊接接头，且随着转速的增加，IMCs层厚度增加，显微硬度峰值出现在焊核区，平均硬度高于铜侧和铝侧；接头断裂方式为韧-脆混合断裂，断裂位置均在铜铝对接接头处；当焊接速度为30mm/min，转速1800r/min时，接头表面质量最佳，IMCs层厚为2.65μm，抗拉强度达到最大值，显示出良好的力学性能，适合于铜-铝较薄复合构件的应用。

搅拌摩擦焊；铜铝异种接头；转速；金属间化合物；力学性能

（1）在1600r/min~2000r/min 转速范围内，6061铝合金薄板和T2紫铜薄板搅拌摩擦焊接接头的表面成形质量良好。当转速进一步增加时，焊接表面的质量也得到更好的改善，飞边减少，表面更加光滑。

（2）焊接过程中，搅拌针的作用导致大量铜基体被剥落，与铝基体混合形成复杂的组织形貌。在铜铝界面交界处产生了Al₂Cu、Al₄Cu₉这两种金属间化合物，形成了IMCs层。随着转速的升高，IMCs层的厚度也有所增加。

（3）接头的显微硬度在不同转速下分布不均，显微硬度的峰值出现在焊核区，且平均显微硬度均高于铜侧和铝侧。这是由于焊核区发生了动态再结晶过程和生成了IMCs，导致硬度增加。

（4）接头的最大抗拉强度在转速为1800r/min时达到最大，为99MPa。接头断裂方式为韧-脆结合的断裂形式，断裂位置均在铜铝对接接头处。