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1、无电焊接焊缝组织性能研究第24卷第1期2OO6年O1月佳木斯大学(自然科学版)JournalofJiamusiUniversity(NaturalScienceEdition)vo1.24No.1Jan.2006文
2、I【缩号:1008—14o2(2oo6)ol—ooo4—02无电焊接焊缝组织性能研究马世宁,罗林,胡军志,徐小平(装甲兵工程学院垒军装备罐修表面工程研究中心-北京100072)摘要:无电焊接是传统焊接与自蔓延高温合成(SHS)的集成创新技术,它工艺简便,不需外界能源即可进行焊接.对45钢无电焊接焊缝组织及力学性能的研究表明:焊缝冶金结合良好,线扫描曲线表明焊缝
3、元素明显进入45钢基体组织;其抗拉强度可达348MPa,冲击韧性达44J/c~.该技术还能焊接有色金属.尤其适用于野外应急维修.关键词:无电焊接;微观组织;性能中图分类号:TG407文献标识码:A0引言自蔓延高温合成(SeⅡ一propagatingHigh—tern?peramreSynthesis,简称SHS)又称燃烧合成,是由前苏联科学家于1967年首先提出并随后发展起来的[1】,它是利用两种以上材料化学反应放热并使反应持续进行,最终合成所需材料或制品的新技术.该技术与传统工艺结合起来发展成为一系列制备不同类型材料的实用技术,如SHS焊接,SHS表面涂层,SHS离心铸
4、造等晗"J.无电焊接是传统焊接工艺与自蔓延高温合成(SHS)技术的集成创新.其特点是将混合粉末制成焊笔,以其化学反应放出的巨大热量为热源,以反应产物为焊料,从而实现焊接材料与基体之间的连接.其优点是:(1)工艺简单,操作方便;(2)小巧轻便,过程时间短;(3)充分利用材料合成中的化学能,节约能源;(4)适于野外焊接,满足应急维修需要.本文对45钢的无电焊接焊缝的组织及力学性能进行了研究.1试验材料与方法本试验采用45钢为基体进行焊接,规格为10mm×10mm×3mm.适当进行表面清洁处理,机械加工形成坡口,使两块试板对接时坡口角度为90~,选用Cu基无电焊笔在试板对接处沿
5、坡口进行焊接.沿垂直焊道方向用线切割取样,并取相同的基体作为对比试验样品.金相样品制备:用腐蚀液分别对基体和焊缝进行腐蚀.运用金相显微镜,扫描电镜(SEM)和x射线能谱仪分析45钢焊接接头焊缝的显微组织和微区化学成分,并在电子万能试验机(CSS一2210—1)等设备上对焊缝的力学性能进行了测试研究.2试验结果及分析2.1焊缝的力学性能无电焊接接头的拉伸强度可达348MPa,冲击韧性达到44J/crn2;相同试样的45钢基体的拉伸强度为479MPa,冲击韧性为50J,c.从实验数据可以看出,该无电焊接接头性能良好,强度较高,能够满足野外应急维修需要.表1焊接部位的维氏硬度(
6、HV)分布(试验载荷为980N)区域焊缝区近结合层焊缝区热影响区基体平均值143143292223焊缝金属的维氏硬度为HVI43;在焊缝金属靠近结合层一侧,其硬度与焊缝金属一致,为HV143;①收稿日期"2005—09—22作者简介:马世宁(1941一),男,北京人.装甲兵工程学院教授.博士生导师.第1期马世宁,等:无电焊接焊缝组织性能研究5进入热影响区后硬度明显升高,平均硬度为HV292,基体的硬度为HV223,与焊缝金属相差较大(见表1).2.2焊缝的显微组织图1焊缝组织×200图2过热区组织×1(30图3熔台区组织×200图4线扫描曲线通过Quanta2OO型扫描电
7、镜可以看出,焊缝横截面上明显包括三个区,即:A区,B区和C区.其中A区为基体,B区为结合层,C区为焊层,如图1所示,结合层熔合良好金相组织如图2和图3所示,图2为靠近焊缝的过热区组织,灰色为珠光体,白色为粗大网状铁索体及魏氏组织J.图3为无电焊接熔合线处放大后的金相组织.图4为从基体到焊缝的线扫描曲线.3讨论焊缝金属的凝固条件决定了其组织晶粒的细小与致密程度,而晶粒的细小程度则影响组织结构,不同的结构具有不同的性质.靠近焊缝金属的基体组织(如图2左侧)过热严重,晶粒显着长大,且部分呈魏氏组织,此处珠光体数量多于基体,这是由于碳迁移及过热时发生的伪共析所致;图2右侧为接近再
8、结晶区的过热区,组织为珠光体及铁索体,铁索体呈网状及针状分布,过热倾向较图2左侧明显减小,导致该处组织品粒细小,硬度较高,这是进入热影响区后硬度值升高的主要原因.图3中B区暗灰色条带为熔合区,其组织为珠光体,宽约0.020—0.033ram;从图中可以看出,C区的焊缝金属铜经过珠光体带(B区)沿着晶界(灰白色)渗入45钢基体;用GENESIS型X—ray能谱仪测得基体到焊缝的元素成分变化如图4所示,线扫描曲线表明:焊缝金属中cu元素和基体中的Fe元素有明显的相互扩散,冶金结合良好.图5为焊缝x射线能谱分析结果,从图中可以看出焊
