钛(tai)在室(shi)温(wen)下为(wei)密排(pai)六方(fang)晶(jing)格(ge)(α相),具(ju)有(you)比(bi)强度(du)高(gao)、耐(nai)腐(fu)蚀(shi)性(xing)好(hao)、导热(re)系数低、无磁(ci)等(deng)特(te)点(dian),这些特(te)性使得(de)钛(tai)及(ji)其(qi)合(he)金成为(wei)航天航空、核(he)电、造船(chuan)、冶金(jin)、海(hai)洋工(gong)程(cheng)等领域(yu)不(bu)可缺(que)少(shao)的(de)材(cai)料[1-2]。研(yan)究(jiu)表明[3-5],常温下(xia)钛(tai)表面(mian)会(hui)立(li)即生成一层(ceng)氧(yang)化(hua)膜(mo),非(fei)常(chang)稳(wen)定,但(dan)当(dang)温度高(gao)于400℃时(shi),钛(tai)会吸入(ru)C、N、O等(deng)气(qi)体元(yuan)素(su)形成钛的(de)氧(yang)化物、氮化物,导(dao)致钛(tai)的(de)韧性(xing)急(ji)剧下降(jiang),甚至发生(sheng)开裂,加(jia)上钛(tai)的导热(re)性能差(cha),因此(ci)钛(tai)难(nan)以焊接。目(mu)前(qian),针(zhen)对钛(tai)及(ji)其(qi)合(he)金的焊(han)接主要(yao)方法(fa)有氩(ya)弧(hu)焊(han)、激(ji)光(guang)焊(han)等(deng)[6-8],但这(zhe)些(xie)方法(fa)存(cun)在焊接(jie)速度(du)慢、焊(han)缝(feng)组织(zhi)粗(cu)大、力学性(xing)能差(cha)、设(she)备投(tou)入(ru)大等(deng)缺点(dian),导致目前(qian)市(shi)场(chang)上(shang)的(de)钛焊(han)管无法(fa)取代昂贵的(de)无缝(feng)钛(tai)管(guan),因此钛焊管的大范围(wei)推(tui)广(guang)应用(yong)需(xu)要(yao)寻找(zhao)新(xin)的焊接方(fang)法。
高(gao)频(pin)感(gan)应焊接(Highfrequencyinductionwelding,HFIW)具有(you)焊(han)接速(su)度快(最高焊(han)接速(su)度(du)可达(da)100~200m/min)、热(re)影(ying)响(xiang)区小、易(yi)于实现自(zi)动(dong)化(hua)生产(chan)、生(sheng)产效(xiao)率高等优点,尤(you)其(qi)在(zai)焊接(jie)薄(bao)壁(bi)、小直(zhi)径(jing)直缝管道方(fang)面(mian),具有十分明显的(de)优势,其(qi)主(zhu)要(yao)原理(li)是焊接(jie)时(shi)感应(ying)线圈产(chan)生(sheng)的(de)感应(ying)高(gao)频电流施(shi)加(jia)到(dao)金属带(dai)上(shang),在(zai)集肤(fu)效(xiao)应(ying)与(yu)临近效应的(de)作(zuo)用下感(gan)应电流(liu)集(ji)中分布(bu)在(zai)钛(tai)带(dai)边(bian)缘表(biao)面(mian)部(bu)分(fen)使其(qi)熔化(hua),同(tong)时在(zai)挤压力(li)的作用(yong)下(xia)完成焊(han)接。目(mu)前,高频(pin)感应焊(han)接(jie)技术(shu)已(yi)经成(cheng)功运(yun)用于(yu)铝(lv)合金管(guan)、不锈钢(gang)管(guan)的(de)焊接成型[9-15],但国内外利(li)用(yong)高频(pin)焊接技术(shu)对钛(tai)合金管,尤其(qi)是薄壁钛(tai)及钛(tai)合金管(guan)进行焊接一(yi)直(zhi)是(shi)空(kong)白,至(zhi)今(jin)无成(cheng)功(gong)的(de)报(bao)道。本(ben)文在前期研(yan)究(jiu)[16]的基(ji)础上(shang)利(li)用(yong)自(zi)主(zhu)设计的高频(pin)焊(han)接技(ji)术(shu)焊(han)接(jie)壁厚(hou)0.5mm的(de)薄壁TA2钛管,通过(guo)分(fen)析对(dui)比不(bu)同焊接工(gong)艺(yi)下(xia)焊(han)接(jie)接(jie)头的显(xian)微(wei)组织和力学(xue)性(xing)能,得出最(zui)佳(jia)焊(han)接工(gong)艺(yi),以(yi)期为高频(pin)感(gan)应(ying)焊(han)接钛(tai)管(guan)生(sheng)产实(shi)际(ji)提供(gong)一(yi)定(ding)的(de)理论依据(ju)及(ji)试验基础(chu)。
1、试验(yan)材(cai)料(liao)与(yu)方法
本试验选用(yong)的材(cai)料为0.5mm厚(hou)、30mm宽的(de)TA2工业纯钛(tai)钛(tai)带,其主(zhu)要(yao)化学(xue)成分(fen)如(ru)表(biao)1所示(shi),钛(tai)带(dai)的(de)显(xian)微组(zu)织(zhi)如(ru)图(tu)1所示,主要为晶粒细小且(qie)均匀(yun)的(de)α纤维状(zhuang)组(zu)织(zhi)。
采(cai)用自(zi)行设计(ji)生(sheng)产的高频(pin)焊接(jie)生产(chan)线对钛(tai)带(dai)进行(xing)高(gao)频(pin)感(gan)应焊(han)接试验(yan),主要工(gong)艺流程依(yi)次为(wei)拆(chai)卷(juan)、矫直、挤(ji)压(ya)对接、焊(han)接、取样。焊接(jie)过(guo)程(cheng)示(shi)意图(tu)如(ru)图2所示(shi),该过(guo)程(cheng)在(zai)通(tong)入保(bao)护(hu)气(qi)体(ti)的焊(han)接(jie)箱(xiang)内(nei)完成(cheng),保(bao)护气(qi)为(wei)高(gao)纯氩气(qi)(Ar>99.999%)。为了避免(mian)焊接接头在(zai)高温(wen)停(ting)留(liu)时间(jian)过(guo)长影(ying)响(xiang)接头(tou)质量(liang),焊(han)接后(hou)采用(yong)氩气(qi)加水(shui)冷(leng)方式(shi)冷却。一般(ban)有(you)色(se)金属高(gao)频(pin)焊(han)接(jie)速度不(bu)低(di)于60m/min,本试验中(zhong)焊(han)接速度(du)设为(wei)60m/min,开口(kou)角(jiao)和(he)焊接电流(liu)频率(lv)设置(zhi)为6°和(he)400kHz,通过调(diao)节(jie)焊接功率(lv)改(gai)变(bian)热(re)输(shu)入,研(yan)究不同(tong)焊接(jie)功率对焊缝(feng)宏(hong)观(guan)形(xing)貌(mao)和力(li)学(xue)性能的影(ying)响,具(ju)体焊(han)接工艺(yi)参(can)数(shu)如(ru)表(biao)2所示。
由于焊(han)接(jie)过(guo)程中(zhong)传导(dao)至挤压(ya)成型(xing)的真(zhen)实(shi)挤(ji)压(ya)力(li)很难准(zhun)确(que)测(ce)量(liang),不能用具体(ti)的数值(zhi)来(lai)表示(shi),因此(ci)采(cai)用挤压(ya)量来(lai)代(dai)替(ti)挤压力,使用带有刻(ke)度(du)的双(shuang)向(xiang)螺(luo)纹螺(luo)杆(gan)结(jie)构(gou)调节相对挤压(ya)量参数的大(da)小[17]。采(cai)用ZOOM-860C型(xing)立体(ti)显微镜(jing)观察(cha)焊缝(feng)宏观(guan)表(biao)面形(xing)貌。为(wei)了(le)观(guan)察(cha)焊接接头的显微(wei)组织(zhi),用(yong)线(xian)切(qie)割(ge)截(jie)取试样(yang),然后(hou)进行(xing)镶(xiang)嵌(qian)、预磨(mo)、机(ji)械抛光(guang)和化学腐(fu)蚀(shi)。采(cai)用(yong)GX-51型(xing)奥(ao)林(lin)巴斯(si)型(xing)光学显(xian)微镜观(guan)察(cha)焊缝(feng)显微组(zu)织,利(li)用TESCANMIRA3型(xing)扫描电镜(jing)观(guan)察拉伸(shen)断(duan)口形貌。使用(yong)THVS-IMDX-AXY型半(ban)自(zi)动(dong)维(wei)氏显(xian)微硬度(du)计(ji)测(ce)量(liang)焊接(jie)接头硬(ying)度,加(jia)载(zai)载(zai)荷(he)为(wei)0.1kg,保持(chi)时(shi)间(jian)为(wei)10s。采(cai)用CTM9200型万能材料试(shi)验机(ji)对(dui)焊接(jie)接头进行拉(la)伸(shen)试验,测(ce)量焊(han)接接(jie)头的抗拉(la)强度。
2、结(jie)果(guo)与(yu)分(fen)析(xi)
2.1焊(han)缝宏(hong)观形(xing)貌(mao)分(fen)析(xi)
图(tu)3是(shi)不(bu)同(tong)焊接(jie)工艺条件下的(de)焊缝宏(hong)观形貌。
图3(a)为工艺(yi)1外焊缝(feng)的宏观(guan)形(xing)貌,可(ke)明显看出该工艺条件(jian)下钛带(dai)的两侧出(chu)现(xian)了(le)未熔(rong)合(he)现象,并未(wei)形(xing)成(cheng)真正(zheng)的(de)焊(han)缝,焊缝(feng)周围部分金(jin)属(shu)呈淡(dan)黄色(se)和淡(dan)蓝色(se),表(biao)明(ming)该区(qu)域经(jing)加热(re)后表(biao)面(mian)有(you)轻微(wei)的氧(yang)化,但由(you)于(yu)焊(han)接热(re)输入(ru)不(bu)足,导致(zhi)焊接(jie)时(shi)在挤压力的作(zuo)用下(xia)两(liang)侧(ce)钛(tai)带熔(rong)合不(bu)足(zu)且(qie)焊缝(feng)歪斜,表面未(wei)出(chu)现明显(xian)的挤出氧化物(wu),没有(you)形成(cheng)连续(xu)均匀(yun)的外毛(mao)刺(ci),焊缝成(cheng)型质量较差。
图(tu)3(b)和(he)3(c)为(wei)工艺2焊(han)缝(feng)的宏(hong)观形(xing)貌,图3(b)为外(wai)焊(han)缝宏(hong)观形貌(mao),焊(han)缝(feng)外(wai)部(bu)的挤出(chu)物(wu)已(yi)经(jing)被刮(gua)刀(dao)刮去(qu),可(ke)以(yi)看出焊缝表(biao)面呈银(yin)色光(guang)泽(ze),无(wu)焊接(jie)裂纹(wen)存在(zai);图3(c)为(wei)内焊(han)缝(feng)宏观形(xing)貌,可看(kan)出(chu)焊缝(feng)表(biao)面没有出(chu)现熔(rong)合(he)不(bu)足和(he)氧化(hua)物(wu)夹(jia)杂(za)现(xian)象,未(wei)发现折(zhe)迭、起(qi)皮(pi)、针孔等肉眼可见的(de)缺(que)陷(xian),且焊(han)道(dao)十(shi)分(fen)笔直均(jun)匀(yun),成(cheng)型良(liang)好,同时没有(you)出现错边、飞溅(jian)、夹(jia)杂等缺(que)陷,相关(guan)研(yan)究表(biao)明(ming)[18-19],毛(mao)刺(ci)的(de)形(xing)状(zhuang)、大小、高(gao)度(du)等(deng)会对焊缝的宏(hong)观(guan)形貌(mao)及(ji)力学性能(neng)有很(hen)大的(de)影(ying)响,焊缝内(nei)侧(ce)毛(mao)刺各连续(xu)均(jun)匀(yun),焊(han)缝(feng)成(cheng)型良好(hao)。此外(wai),焊(han)缝及(ji)其附(fu)近(jin)区域(yu)呈(cheng)有金(jin)属色泽的(de)银白(bai)色,略(lve)带(dai)一(yi)点(dian)淡黄色与(yu)淡蓝色,未(wei)出现(xian)紫(zi)色与灰色(se),表(biao)明焊接(jie)过(guo)程(cheng)中使用(yong)惰(duo)性(xing)气(qi)体(ti)保护效果较好(hao),焊缝颜(yan)色变化(hua)规律(lv)与(yu)文(wen)献(xian)[20]描(miao)述(shu)一致。
图(tu)3(d)为工艺3外焊(han)缝的(de)宏观(guan)形貌(mao),由(you)图(tu)可知(zhi)焊缝(feng)位置存在(zai)大块黑色(se)夹(jia)杂(za)物(wu),这是(shi)由于在(zai)焊接(jie)时(shi)热(re)输(shu)入(ru)过大,导致钛带(dai)边缘(yuan)金属(shu)熔化速(su)度(du)大(da)于(yu)熔(rong)融金属挤出(chu)速(su)度(du),未能挤出的熔融金(jin)属(shu)(包括熔融(rong)金属钛及(ji)其(qi)氧化(hua)物(wu))就在(zai)V型(xing)口(kou)形成(cheng)了(le)夹杂(za)物。
2.2焊(han)缝(feng)显微组(zu)织
图(tu)4为(wei)工艺2条件下TA2焊接(jie)接头(tou)的显(xian)微(wei)组织。
图4(a)为焊缝区(qu)显微组织(zhi),可以(yi)观察(cha)到(dao)焊(han)缝表面有(you)挤出(chu)物,这(zhe)是由(you)于(yu)焊(han)接(jie)时挤压辊产生(sheng)的(de)压(ya)力(li)使(shi)钛带(dai)表(biao)面熔融的(de)氧(yang)化物与(yu)杂(za)质从焊缝中挤出,同(tong)时钛带两端(duan)受(shou)挤压使(shi)其(qi)紧(jin)密(mi)连(lian)接(jie),导致焊缝成型(xing)良(liang)好,且(qie)未产(chan)生夹(jia)杂(za)物、裂纹、气(qi)孔(kong)等缺(que)陷。图(tu)4(b)为焊缝(feng)区域组(zu)织(zhi)放(fang)大(da)图(tu),可以(yi)观察(cha)到(dao)焊缝组(zu)织由较大(da)的不规则(ze)的(de)锯齿(chi)状(zhuang)α-Ti与(yu)少(shao)量(liang)的(de)α′-Ti(针(zhen)状马氏体)组成,这是由(you)于(yu)钛(tai)及钛合金(jin)的熔点较(jiao)高(gao)、热容(rong)量大、电(dian)阻系数(shu)大(da),但热(re)导率(lv)低,且(qie)焊接(jie)时焊(han)缝(feng)温(wen)度(du)远(yuan)超过(guo)纯钛(tai)的(de)相(xiang)变(bian)温度(882℃),导致焊接接头组(zu)织发(fa)生密排(pai)六方α相(xiang)向(xiang)体心(xin)立(li)方(fang)β相(xiang)的(de)转(zhuan)变(bian),据(ju)文献(xian)[21]报(bao)道(dao),钛及(ji)钛合金焊后(hou)快速(su)水(shui)冷会(hui)导(dao)致β相不会(hui)完全(quan)转变为α相,部分(fen)转变(bian)为(wei)α′相(xiang),即(ji)发(fa)生β→α/α′转(zhuan)变。图4(c)为(wei)母材(cai)(BM)及(ji)热影响(xiang)区(qu)(HAZ)显微组织(zhi),可(ke)以(yi)明(ming)显(xian)观察(cha)到母材晶(jing)粒(li)细小(xiao),与热影(ying)响(xiang)区存在(zai)明显(xian)分界(jie)线(xian),且(qie)热影(ying)响(xiang)区晶(jing)粒尺(chi)寸大(da)于母材晶粒,这(zhe)主要(yao)是因(yin)为钛(tai)在(zai)焊(han)接(jie)过程中,由(you)于导热(re)性(xing)差(cha),受(shou)到(dao)焊接(jie)热(re)循(xun)环的(de)影(ying)响(xiang),导(dao)致(zhi)热(re)影响(xiang)区(qu)晶(jing)粒相比于(yu)母(mu)材(cai)明(ming)显长(zhang)大(da)。图4(d)和4(f)为(wei)焊接热影(ying)响区进一步放大组织,由(you)图(tu)可(ke)知,热(re)影(ying)响区(qu)比(bi)较(jiao)宽,且(qie)焊(han)接热影(ying)响区(qu)与焊缝(feng)组织(zhi)主(zhu)要(yao)由(you)分布(bu)不均匀(yun)的粗(cu)大块(kuai)状α相(xiang)和针(zhen)状(zhuang)马(ma)氏(shi)体α′相(xiang)组成,这是由于(yu)焊接(jie)完成(cheng)后冷却(que)速度(du)非常(chang)快,导致该(gai)区(qu)域(yu)产(chan)生了针(zhen)状组(zu)织(zhi)。图4(e)为TA2母(mu)材(cai)组(zu)织,母(mu)材(cai)组(zu)织为(wei)细小(xiao)均(jun)匀的(de)等(deng)轴晶(jing)。
图(tu)5为(wei)焊接(jie)接头(tou)中针(zhen)状马(ma)氏(shi)体组织,从图(tu)5(a)中可(ke)以发(fa)现(xian)针(zhen)状(zhuang)马氏(shi)体(ti)组(zu)织随机(ji)分布(bu)在(zai)晶(jing)粒(li)内(nei)部,且(qie)长短、粗(cu)细不(bu)一(yi),这(zhe)与文(wen)献[22]一(yi)致。主要原(yuan)因(yin)是(shi)纯(chun)钛(tai)在(zai)882℃以上为体心立(li)方的(de)β相(xiang),β相(xiang)在快速(su)冷(leng)却时(shi)来(lai)不及(ji)通(tong)过(guo)扩散(san)转(zhuan)变成平(ping)衡的(de)α相(xiang),β相中(zhong)原(yuan)子只(zhi)能(neng)通(tong)过(guo)集(ji)体(ti)的(de)进程(cheng)迁移,发(fa)生(sheng)切边(bian)相变,形成了(le)α稳(wen)定元素过(guo)饱和(he)的(de)固(gu)溶(rong)体(ti),即(ji)马氏(shi)体,由于呈针(zhen)状(zhuang),又(you)称针状(zhuang)马氏(shi)体,其(qi)粗(cu)细(xi)与(yu)长短(duan)受到冷却速(su)度的影(ying)响(xiang)。进一(yi)步观察发(fa)现(xian),图5(b)中(zhong)取(qu)向相(xiang)同的(de)马(ma)氏体α′组成(cheng)束以孪(luan)晶的形式存(cun)在(zai),且(qie)每(mei)条(tiao)α′未穿过(guo)相界。文献(xian)[21]报道,一般(ban)钛或(huo)钛合金(jin)中(zhong),每个(ge)晶(jing)粒(li)内可(ke)以(yi)存(cun)在两束(shu)或(huo)更多(duo)的(de)α′马氏(shi)体,随(sui)着(zhe)杂质含(han)量的(de)增(zeng)加(jia),其(qi)硬度也(ye)相(xiang)应增加(jia)。这是(shi)由于塑性(xing)变形(xing)过程(cheng)中,马(ma)氏体(ti)会显(xian)著阻(zu)碍位错(cuo)运(yun)动(dong),使(shi)塑性(xing)变(bian)形难以(yi)进(jin)行,从而提(ti)高(gao)塑(su)性变(bian)形抗力,使硬(ying)度(du)增加(jia),因此适(shi)量针状马(ma)氏体(ti)的(de)存在会起(qi)到(dao)强化焊接接头的作用。但(dan)含(han)量过(guo)多(duo)则会导(dao)致(zhi)焊接接(jie)头(tou)韧性(xing)严(yan)重降(jiang)低。对焊缝中的主(zhu)要(yao)元(yuan)素进行元素分布扫(sao)描,结果(guo)如(ru)图(tu)6所示(shi),整(zheng)个(ge)区域(yu)只(zhi)有Ti与(yu)O元素(su)的(de)存(cun)在,且(qie)Ti在整(zheng)个(ge)区(qu)域大(da)量分(fen)布(bu),O元(yuan)素(su)含(han)量较(jiao)少,未出(chu)现(xian)其(qi)他杂(za)质(zhi)化(hua)合(he)物(wu),这表明(ming)焊缝成形(xing)性(xing)能(neng)良好,且(qie)在(zai)焊接过(guo)程中得(de)到(dao)了良(liang)好(hao)的(de)保护(hu)。
2.3焊接(jie)接(jie)头力(li)学性(xing)能(neng)分(fen)析
焊接(jie)接头(tou)的(de)显微硬(ying)度(du)分布(bu)如(ru)图(tu)7所(suo)示。由图(tu)7可知,硬(ying)度值(zhi)呈(cheng)“M”状(zhuang)对(dui)称分(fen)布(bu),从左(zuo)往右各个区(qu)域平(ping)均硬(ying)度(du)值(zhi)依(yi)次为198.1、194.5、217.7、219.0、188.4、220.2、224.1、204.1和(he)202.2HV0.1,两侧(ce)热(re)影响(xiang)区(HAZ)的硬度最高,母材(cai)(BM)次之(zhi),焊缝区(WZ)的(de)硬(ying)度最低(di)。根(gen)据Hall-Petch公式,可知晶(jing)粒(li)越细(xi)小(xiao),晶(jing)界越(yue)多(duo),而(er)晶(jing)界对(dui)位(wei)错(cuo)运动具有(you)强(qiang)烈(lie)的阻碍(ai)作用[23]。焊(han)缝(feng)区域由于(yu)晶粒粗(cu)大,晶(jing)界(jie)少(shao),位错运动受到的(de)阻力小(xiao),因(yin)此(ci)焊缝的(de)强(qiang)度(du)降(jiang)低,材料的塑(su)性(xing)变形(xing)抗(kang)力(li)减弱(ruo),硬(ying)度值(zhi)降(jiang)低(di)。尽管(guan)热影(ying)响区也存(cun)在粗大(da)的(de)锯齿状(zhuang)组织(zhi),导(dao)致(zhi)显(xian)微(wei)硬度(du)降(jiang)低,但是(shi)由于针状马氏(shi)体的(de)强化(hua)效应[24],使得(de)该区域(yu)硬(ying)度增(zeng)加(jia),甚至高(gao)于(yu)母材(cai),因此(ci)可(ke)以(yi)推(tui)断出(chu)在(zai)热(re)影(ying)响(xiang)区(qu)马(ma)氏体强(qiang)化(hua)占主导(dao)地(di)位(wei)。
对工艺1、2、3条件下(xia)的焊接(jie)接头进(jin)行室温拉(la)伸(shen)试验(yan),测(ce)试(shi)结(jie)果(guo)如图8所(suo)示(shi)。由(you)图(tu)8可知,母材(cai)抗(kang)拉(la)强(qiang)度(du)为546MPa,工(gong)艺1、2和(he)3的焊(han)接接头(tou)抗(kang)拉(la)强度(du)依(yi)次为(wei)267.9、446.8和(he)480.9MPa,分别(bie)为(wei)母(mu)材(cai)抗拉(la)强度(du)的(de)49%,82%和88%,母(mu)材断后(hou)伸长率(lv)为(wei)26%,工(gong)艺1、2和(he)3条(tiao)件(jian)下焊(han)接(jie)接头的(de)伸长(zhang)率(lv)依(yi)次为(wei)2%、6%和(he)4%。结果(guo)表(biao)明在工艺(yi)2条(tiao)件下(xia),焊(han)接接头(tou)的(de)综(zong)合(he)力(li)学性(xing)能(neng)最(zui)佳。图9为不(bu)同工艺下(xia)焊接接(jie)头(tou)的(de)断(duan)口(kou)宏观(guan)形貌。由(you)图9可(ke)知工艺(yi)1焊接(jie)接(jie)头在拉(la)伸过(guo)程中(zhong)焊(han)接(jie)钛(tai)管直接从焊缝处(chu)脱离(li),断口(kou)平(ping)整(zheng),断裂前未(wei)发(fa)生(sheng)变形,这是(shi)由于焊(han)接时(shi)热输入较(jiao)低,导(dao)致熔合不(bu)足(zu)而(er)未(wei)能(neng)形(xing)成(cheng)焊缝,因(yin)此(ci)焊接(jie)接(jie)头抗(kang)拉强(qiang)度(du)远远低于母(mu)材;工(gong)艺2焊(han)接(jie)接头(tou)则(ze)在(zai)断(duan)裂前就(jiu)发(fa)生了明显的(de)塑(su)性(xing)变(bian)形,断口(kou)出现颈(jing)缩(suo),抗拉(la)强度为(wei)446.8MPa,为(wei)母(mu)材(cai)抗拉强度的82%,由(you)于该(gai)断(duan)裂(lie)发生在母材(cai)位(wei)置,且(qie)针状(zhuang)马(ma)氏(shi)体(ti)对位(wei)错(cuo)运(yun)动有强(qiang)烈(lie)阻碍(ai)作(zuo)用[25],可以预(yu)测焊(han)接接头(tou)抗(kang)拉强度(du)会(hui)高(gao)于446.8MPa;工(gong)艺3焊接接头则是(shi)在焊(han)缝(feng)处(chu)明显发生脆性(xing)断(duan)裂,接头平整,尽(jin)管达到(dao)了(le)母(mu)材(cai)抗拉强度(du)的88%,但(dan)伸长(zhang)率(lv)低,发生了脆性断裂(lie)。
图(tu)10是不同(tong)工艺条(tiao)件(jian)下焊(han)接接(jie)头(tou)的(de)断口微(wei)观(guan)形貌(mao)。图10(a)为(wei)工艺2焊(han)接接头(tou)断口(kou)形貌(mao),图中(zhong)分布(bu)有(you)大(da)量的韧(ren)窝(wo),这表(biao)明工(gong)艺2条(tiao)件下(xia)断(duan)口(kou)具有(you)明显的韧性(xing)断裂特征(zheng),这与断裂(lie)发(fa)生(sheng)在(zai)母(mu)材(cai)处(chu)相(xiang)吻合(he)。图(tu)10(b)为工(gong)艺(yi)3焊接(jie)接(jie)头(tou)断口(kou)形貌,由(you)图(tu)10(b)可(ke)知工艺3断面两(liang)侧(ce)具有(you)不(bu)同的特征,左下(xia)部(bu)分陡(dou)峭坡面为(wei)明显(xian)的脆(cui)性断裂(lie)特(te)征,而(er)右上部分中(zhong)又(you)出(chu)现(xian)了(le)部分大小不(bu)一(yi)的韧窝(wo),属(shu)于(yu)韧(ren)性(xing)断(duan)裂(lie)特(te)征,所(suo)以(yi)工艺(yi)3焊(han)接(jie)接头(tou)断(duan)裂方(fang)式(shi)为(wei)混(hun)合型断裂。
3、结论(lun)
1)在焊接速度(du)为60m/min,功(gong)率(lv)为(wei)18~21kW,热输入(ru)为(wei)18~21kJ/m,挤压(ya)量(liang)为0.200mm的(de)工(gong)艺(yi)条(tiao)件下(xia)可(ke)获(huo)得成型(xing)良好(hao)的(de)薄(bao)壁直缝焊(han)管,焊(han)缝内(nei)侧形(xing)成(cheng)了一(yi)条(tiao)连续(xu)均(jun)匀的(de)外毛刺,未(wei)出现裂纹、折(zhe)迭(die)、起皮(pi)、针(zhen)孔等肉眼(yan)可见(jian)的缺(que)陷;
2)焊缝(feng)熔(rong)合(he)情(qing)况良(liang)好(hao),管内(nei)壁有(you)少许(xu)挤出(chu)物(wu),没(mei)有(you)出现(xian)裂(lie)纹与夹杂(za)物等(deng)缺(que)陷(xian),焊(han)缝和(he)热影(ying)响(xiang)区(qu)的组织主(zhu)要由粗(cu)大不均匀(yun)的(de)锯齿状(zhuang)α相(xiang)和部分(fen)针(zhen)状马氏体α′相(xiang)组(zu)成,热影响区(qu)域母(mu)材分(fen)界十(shi)分(fen)明显(xian),母(mu)材为(wei)细小(xiao)均(jun)匀的等(deng)轴(zhou)α组(zu)织;
3)显(xian)微硬(ying)度(du)大体上呈(cheng)“M”型(xing)对(dui)称(cheng)分布(bu),焊(han)接接头(tou)中焊(han)缝的硬(ying)度(du)最(zui)低,为(wei)188.4HV0.1,母材(cai)次之(zhi),热影(ying)响区的硬(ying)度最(zui)高,达到(dao)224.1HV0.1;
4)工(gong)艺(yi)2的焊接接(jie)头(tou)的综合(he)力学性(xing)能最好(hao),断(duan)裂(lie)类(lei)型属于(yu)韧性(xing)断裂(lie);工(gong)艺3的焊(han)接接(jie)头(tou)抗拉强(qiang)度最高(gao),属于(yu)混合(he)型(xing)断(duan)裂(lie);随着(zhe)热(re)输入(ru)增加,焊(han)接接(jie)头(tou)抗拉(la)强度(du)也(ye)随(sui)之(zhi)增加。
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