先进的金属极惰性气体保护焊过程：异种金属焊接外文翻译资料

 2022-10-22 16:51:44

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先进的金属极惰性气体保护焊过程：异种金属焊接

摘要：制造业多年来对异种金属焊接有兴趣，例如，在运输上，减少车辆的重量，以适合不同的工作条件。早期的熔化极气体保护焊（GMAW）过程中对热输入的控制有限，但在过去几十年的先进工艺GMAW提供新观点用于焊接异种金属。该研究简单回顾一下异种金属焊接（DMW）和他们的一般操作原理和电弧控制重点GMAW过程。然后用GMAW工艺不同的金属进行的实验综述，突出那些使用先进的气体保护焊工艺制成。该研究收集了传统的GMAW融合异种金属焊接科学文献数据，先进的气体保护焊工艺和实验。研究表明，焊接工艺规程是异种金属焊接的重要因素。先进的GMAW工艺具有在黑色金属，黑色金属和有色金属的组合和不同档次的非铁金属的情况下，异种金属的熔焊显著潜力。热输入的精确控制金属间化合物可以更有效地预测和更好地控制后热处理。增加了先进的过程的理解，将熔化极气体保护焊焊接工艺异种金属焊接更适合规范发展。流程灵活性和适应性，机器人批量生产将使这一进程广泛应用和避免昂贵的替代方法。

关键词：异种焊接，黑色金属，有色金属，先进的自适应金属极惰性气体保护电弧焊

1异种金属焊接接头应用的范围

钢铝的焊接结构广泛用于工业和旨在结合具体的强度高,高温和铝的导电性良好的钢铁机械性能。异种金属焊接(DMW)已成为一个关键的技术在许多领域,如Al-steel或Mg-Al在汽车减重,铁路车辆和海上船只,为电子元器件行业,奥氏体不锈钢低碳钢或合金材料低价合金钢零件的要求强度高,耐腐蚀。有效质量的集成，不同金属焊接技术成功的一个关键是组件运输和电厂系统的焊接质量。不同的金属焊接的,如果焊接条件确定，固体和液体金属之间的相互作用,都是严格控制的。焊接接头属性和焊接过程的可行性受到许多因素的影响,例如,碳迁移从低合金微观结构梯度和不同区域的残余应力的情况下，焊缝金属存在一些焊接缺陷,如过度稀释,残余应力,可能会在焊缝金属导致相当大的焊缝金属属性降低。如果不能很好地控制焊接过程，很多重要的工作进行了焊接行为其焊接接头的力学性能将会改变。例如,用于钢铁和铝接头熔焊时,之前的铝热剂容易融化钢铁,因为不同的熔化温度。此外,很难控制金属间化合物(IMC)的组件层融合区域、界面和金化合物层可以显著增长。

加入不同的接头是一个非常复杂的过程,因为反应金属组成原子之间可以产生极其脆弱的界面和金化合物。搅拌摩擦焊接、激光焊接惰性气体保护焊(TIG)过程加入不同金属。不幸的是,这些方法需要昂贵的设备和复杂的焊接。

金属极惰性气体保护电弧焊(GMAW)是一种已确定的通用的的和具有成本效益的焊接过程,本研究侧重于先进的熔化极气体保护焊- DMW的潜力。本文旨在调查和识别关键改善焊缝力学性能和微观结构的化合物的不同的黑色金属和有色金属,两者的结合DMW(附录1)。

本节简要介绍不同的焊接工艺规范,专注于不同金属熔焊,GMAW过程。它分为四个部分:DMW基础,系统的主要因素,选择填充金属和焊接过程。图1说明了所涉及的关键问题。序列的因素要考虑如下:首先,目的是了解不同的金属稀释的结果和IMC形成的风险。第二,评估焊缝完整性的影响,机械和物理性质的行为在工作环境下,组织稳定和腐蚀的风险。第三,不同的参数和过程控制,实现一个合适的焊接接头。第四,填料的选择有助于满足焊缝的形成。最后,一个合适的焊接过程可以执行预期的结果。

2异种金属焊接（DMW)

DMW需要考虑传统的焊接中的一些基本因素，与相似材料焊接金属(BM)和焊缝的差异通常必须仔细分析。最重要的考虑因素是焊缝金属成分和它的属性。不同的金属接头的使用寿命取决于机械和物理性能,显微结构的稳定性(通常是在升高温度)和抗氧化和腐蚀。焊接金属的机械和物理性能以及两个热影响区(haz)必须适合目标。

选择填充金属必须兼容焊接金属的加入,这样满足要求的焊缝包括四大领域,在可接受的范围内产生稀释率:冶金相容性、力学性能、物理性能和腐蚀性能。

焊接过程选择是构成不同的焊接的一个重要因素,例如,过程控制融化速度,电流和电压,气体流速和电极进给速度。

3先进的熔化极气体保护焊

使用先进的电弧控制,它被发现可以产生更多的灵活的协同控制系统,操作模式的转移。自适应配置(图2)提出了控制适用的过程控制和轨迹控制在一个完全自动化的过程。传感器提供实时的信息反馈控制器和相应的调整过程。这种技术可以实现在自动化过程中,从半自动流程到机器人系统。

众所周知,焊接的可靠性与微观结构和整体几何紧密相关。这些属性决定了熔池的热机械的冷却速度。自适应控制一词用于焊接过程意味着能够适应不断变化的焊接条件。但另一方面,在适应用于工业意味着控制器设计,以适应参数变化的过程。在这种背景下,一个自适应控制器是一个控制器可调参数和调整参数的机制(自律或自我调节)。

3.1熔化极气体保护焊的应用

本文研究讨论了有关DMW熔焊。相关科学所得实验结果与常规熔化极气体保护焊和最新改进的熔化极气体保护焊流程进行了分析。以下三个部分涵盖了主要金属组合:不同的黑色金属,不同的有色金属，黑色金属和有色金属的结合。

3.2异种黑色金属焊接

两种典型的不同黑色金属焊接包括焊接金属和填充金属。在许多工业应用中,例如, 石油化工生产装置,发电系统,纸浆和造纸行业,有必要向奥氏体钢焊缝。焊缝金属成分必须满足详细的严格要求,而防腐性能也是重要的。不同类别的黑色金属的结合已成功用于工业应用,如发电厂。

不同的黑色金属焊接困难。表123可以观察到当焊接不锈钢碳和低合金钢，热开裂可能发生，因为等低熔点杂质磷(P)和硫(S)。此外,有一个低温开裂的风险,因为增加稀释的BM /低碳合金钢一侧;焊缝金属包含硬马氏体阶段。这硬马氏体阶段有一个极高的致延迟开裂。

不同的黑色金属可焊性是经过特殊加工处理的。先前的研究已经表明问题与最常用的组合相关,预测组织成分取决于合金元素的谢夫列尔组织图已被研制出来。舍弗勒宪法图3显示了焊缝金属的构造和结构之间的关系和可能出现的问题。它可以指出,微观结构是由金属的化学成分决定的。热循环也是一个重要因素,因为它控制微观结构组成、有关化学成分。丰富的著作存在于不同的黑色金属熔焊。一些最重要的最近的研究,实现了先进的熔化极气体保护焊-技术和相关的自动操作方法或机械方法。反馈控制完全控制焊接参数,如电流、电压进给速率和气体流速,从而导致焊缝性能显著改善。一项由米尔萨达特和Srinivasa形成的不同的金属焊接接头的力学性能是2602(S275JR根据EN 10025)和45(根据EN C45E 8)以及工艺参数的影响。导致这样的结论:当材料加入了一个电弧焊方法，力学性能上存在相当大的差异,焊缝的力学性能在很大程度上取决于所使用的填充材料的类型、热输入应用和焊缝的预热和后加热条件。研究结果表明,机械性能的改善的不是主要依赖合金元素。

焊接机器人在大规模生产环境中使用。焊接电源是由计算机系统控制,金属活性气体(SP-MAG)焊接过程的波形控制,以获得稳定的填充材料。这项研究调查了最佳焊接参数与不同的冶金特点,如S355(EN 10025)钢铁和DP600高速钢(EN10338)。使用不同的焊接参数,能产生不同的焊接与足够的结构特点。图4显示面积没有软化的硬度分布。该调查并没有延伸到异种的焊缝显微组织的分析联合;然而,该结果由米尔萨达特证实。

半自动金属活性气体(MAG)焊接用于不同的焊缝。焊缝的形成是不可接受的缺陷。这项研究评估了消除不同金属的残余应力的熔化极气体保护焊-。微观结构接近的区域融合边界铁素体钢和奥氏体焊缝金属如图5所示(a)和(b),分别测试接头的应力。发现机械应力消除比热应力消除难。法伯研究焊接接头不锈钢与低合金钢。结果表明,热释放是困难的。焊接强度越高是由于填充焊丝的组合和金属凝固的微观组织特征。Vishniakas29研究奥氏体钢20X23H18和非奥氏体结构钢CT-3钢焊接接头的结构，并指出，不仅焊接材料影响的接头的质量，而且最佳技术的选择也很重要的，泰克和科尔指出焊接AISI430铁素体钢（X6Cr17根据EN10088-2）和AISI1030中碳钢（C30E根据EN10083-1）与脉冲GMAW GMAW-P时，焊接接头表现出优异的拉伸强度，少晶粒长大，相比GMAW较窄HAZ焊接接头，主要是由于更好的散热控制，更精细的融合区（FZ）和更高硬度的融合。也就是说,熔化极气体保护焊应提供最佳的热量输入，并提供足够的性能，以防止为焊后热处理的需要。

王研究ER2209焊丝（根据EN10088-3 X2CrNiMoN22-5-3）和API X70低合金钢评估了熔化极气体保护焊时UNS S31803双相不锈钢和手工钨极氩弧焊异种钢焊接接头的质量。分别进行钨极惰性气体保护焊和熔化极气体保护焊时，异种接头的硬度，在图7示出在X70侧的硬度更高的空间，由于碳迁移，这可能是较硬的微组分的形成而引起。巴拉斯里尼瓦桑观察，X70钢的稀释效应和熔池的快速冷却导致合金元素梯度靠近熔合线。研究结果清楚地表明,不同的进程提供了不同的焊接结果。调查结果清楚地表明，不同的进程提供了不同的焊接效果。例如，钨极惰性气体保护焊焊接金属的电流密度比熔化极气体保护焊工艺更高，而且熔化极气体保护焊接接头表现出较高的耐腐蚀性。在熔化极气体保护焊时奥氏体有很高的存在，增加了机械性能的好处和耐腐蚀性。

Kim使用GMAW与STS430LNb（Er430LNb）电极，进行了一项铁素体不锈钢，以及SS400，碳钢，STS441之间异种焊接的调查。对异种钢焊接的断裂行为进行了显微观察和热机械分析测试。马氏体在SS400和焊接的形成，并在900高C温度测试，表明拉伸强度等于STS441的BM，对马氏体影响不大。然而,疲劳寿命低是因为软化和马氏体的存在。微观结构和机械性能如拉伸强度和耐疲劳性均显著受热输入控制。丸山24日报道，不锈钢焊接碳钢和低合金钢时，是极为重要的，以预测该混合组合物的性质，并要考虑的关键方面包括焊接添加剂和焊接条件的适当选择。观察明确的表明不同的因素，应谨慎控制和需要为进行的焊接进行调整。因此，只有反馈控制是适合的。

3.4异种有色金属焊接

一些不同的有色金属被使用很多年了。AA7xxx和A2xxx系列时效硬化超高强铝合金由于其特定的特点，强度高，重量轻和良好的机械加工广泛应用于飞机结构工业和轻质承载结构。也就是说,强度高、重量轻和良好的可加工性。其他不同的焊接,如铝,钛、钛镍和铝铀,是新组合,可以应用于航空和核的硬件。

不同的有色金属焊接困难。表2列出了在焊接异种有色金属遇到的意见和困难。铝和钛融合焊接形成介面合金共化物是极其脆弱的。铝铜不同的焊接也受限于介面合金共化物的形成。铝与铜的异种焊接也受脆的介面合金共化物的形成的限制。钛的物理性质与铜有很大的不同。此外,钛铜的溶度很低。相互溶于铜和镍。因此,焊接这两个金属及其合金不存在严重的问题。

不同的有色金属的可焊性。钨极惰性气体保护焊的生产率比熔化极气体保护焊低。

尚用先进的熔化极气体保护焊和冷金属过渡焊接技术调查了AZ31B镁和6061铝两者不同的焊接。采用先进的熔化极气体保护焊使得铝成功焊接并改善了焊接质量。

AZ31镁和2B50锻铝合金熔化均使用由张和宋提出的先进的熔化极气体保护焊冷加工焊接。铝和镁合金的接合是可行的，锌的金属箔片作为夹层，其存在可以防止焊接烧穿和宏观开裂。Al-Mg的化合物不存在时，锌箔被用作中间层。搭接接头的拉伸强度达到64兆帕。这些结果验证金属AZ31可以在熔化极气体保护焊中使用。

4结论

这项研究探讨了熔化极气体保护焊的先进性和适应性适用于不同的焊接，并提出相关的数据，以改进焊接工艺。基于前人研究的回顾,可以得出以下结论。

不同亚铁的可焊性，在母材，电极，服务，以及焊接过程中的选择，需要不同标准。自适应控制过程的效率约为85%时用液态氮量热计测量。利用机器人和先进熔化极气体保护焊焊接不同的金属,如S3455和先进的高强度钢,在微观结构的组成和物理性质给出令人满意的结果。高温抗拉强度对异种焊接的的影响。自适应控制熔化极气体保护焊需要优化焊接参数,如电流、电压、电极和接触尖端距离(CTWD)工作,可以改善它们的融合异种金属焊接的可行性。这种可行性通过稀释控制改善和减少合金元素的迁移,如磷、硫和碳。控制稀释能力有利于不同的高合金不锈钢的焊接,以及铁素体钢淬火钢。

使用合理的过程可以增强不同的有色金属的焊接质量。Mg/ Al不同金属可以成功加入了冷金属过渡焊接技术焊接,与纯铜作为填充金属。各种介面合金共化物的形成和焊接接头的结合强度为34.7 MPa。裂缝发生在脆化的化合物。粗加工和2 b50锻铝合金成功融合焊接使用先进的熔化极气体保护焊。熔化极气体保护焊的熔化区和热影响区有不同的宽度在6061和7075热处理合金在不同的组合。焊接金属的硬度值根据老化温度和时间可以显著增加。焊缝的抗拉强度和硬度值促进的金属间化合物的形成。在锌箔层间加入铝和镁合金,防止焊缝焊穿和宏观裂缝的存在。融合不同的有色和黑色金属的焊接性是非常困难的,因为有很少的固态化合物的二元相图。传统的熔化极气体保护焊-过程产生失败的有色金属焊接因为糟糕的质量控制。加强控制先进的熔化极气体保护焊,以满足所需的焊接参数。最好的效果是显著减少介面合金共化物。当使用交流脉冲MIG焊接SPRC440钢和6K21铝合金，由于母材获得较低的热输入介面合金共化物减少。介面合金共化物层的厚度和成分与焊接热输入有关。尽管介面合金共化物的形成阶段,钢和焊缝金属之间的界面并不是最弱的关节。当焊接不同的有色和黑色金属时，焊接工艺的选择是一个关键因素,例如，选择适当的电极。熔化极气体保护焊的大灵活性和自适应降低稀释了残余应力所引起的热膨胀系数。lt;

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