低能激光冲击对Hastelloy合金C-276焊缝机械完整性的(2)
如图9(a)和(b)所示,在未喷砂的条件下,接头的硬度轮廓表明,对于这两种填料,候选金属和接头区的硬度数据没有很大的差异。平均硬度值为240?±?11?HV和241?±?14?在焊态条件下,焊接区域的cap区和母材的cap区报告了HV(230?±?12?HV)。根据位错理论,硬度或强度受位错迁移率和密度的影响。熔合区中细小析出相的存在表现出沉淀强化和弥散作用,阻碍了位错的运动。因此,这导致硬度的增加,也给予良好的强度的接头。此外,由于脉冲电流的作用,熔合区形成了更细小的等轴晶,这也提高了硬度值。然而,作者在使用UNS N06686时观察到焊缝区域的硬度读数存在一些异常,这是由于多次焊接循环导致的不同道次中元素的不均匀分布所致。在不同的焊道中,接头盖区由于散热速度较快,硬度高于其他焊道。
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图9 硬度剖面(a)和(b)显示了焊接条件下Hastelloyc -276接头整个宽度的读数,以及(c)Hastelloyc -276焊缝在不同脉冲密度的激光冲击下,硬度随熔合区深度的变化。
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通过改变脉冲密度,研究了低能LSPwC对两种焊缝硬度的影响。对不同截面深度的接头区进行了硬度测量,激光处理后的贴片在不同脉冲密度下的硬度趋势如图9(c)所示。
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硬度变化趋势表明,激光脉冲密度为2500?脉冲/cm2的低能量LSPwC可使UNS N06022焊件在不同深度处的硬度值较高。使用UNS N06686进行激光喷丸处理后,焊缝区域的硬度测量值也有所上升。本研究还证明了激光脉冲密度对激光喷丸试样的显微硬度有显著影响,结果与Rubio-González 等(2011)一致。图10所示的直方图突出了未喷丸和喷丸情况下焊接接头硬度数据的对比。喷丸强化后焊缝区域硬度的增加归因于塑性变形,而塑性变形又导致位错的扩散和移动,Kalainathan等人(2012)报道了这一现象。激光将激波打入熔合区,引起表面和亚表面的塑性变形并产生压应力,从而使反复激光照射的熔合区硬化。Tanaka等人(2006)认为,残余压应力是由未变形区域的弹性约束激发的。
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图10使用富Ni-Mo-Cr钎料的HastelloyC276焊缝在激光喷丸和不加激光喷丸的情况下,熔合区的平均硬度值的比较图表。
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此外,XRD残余应力分析数据与硬度图吻合较好。在未喷丸的情况下,发现焊缝区域有一个名义量的压缩应力,这可以确定在熔合区基体中存在Ni、Mo和W(图11(a)和11(b))。XRD数据表明,在不同的截面深度处,残余压应力均有所降低。结果还表明,在深度低于200?μm的情况下,没有压应力的迹象,熔化区在焊接状态下主要有拉应力(图11(c))。HastelloyC-276接头在未喷砂和LSPwC条件下的硬度值的详细比较见表5。
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图11 采用Sin2ψ x射线衍射法分析Hastelloyc -276焊接件在未喷丸(a, b, c)和激光喷丸(d, e, f, g)条件下的残余应力。
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表5 HastelloyC-276接头在未喷丸和LSPwC条件下的硬度数据。
由残余XRD研究推测,在熔合区两侧进行的双喷丸、LSPwC显示出深度的残余压应力,如图11(d-g)所示。结果还表明,采用2500?脉冲/cm2时,压缩应力略高于7500?脉冲/cm2。计算结果与硬度数据吻合较好。LSPwC处理过的焊缝区域的显微硬度值的稳定下降与位错密度的衰减有关。Nath等人(2018)报道,受到多次激光照射的区域通常会经历最大的冲击压力,并逐渐向深度减小。塑性变形的程度与激波压力有关,变形随深度的增加而减小。因此,硬度曲线有下降的趋势。作者还认为,随着脉冲密度的增加,显微硬度出现这种轻微的轮廓,可能是由于没有吸收涂层而导致的热效应导致局部变形的增加。表6给出了用XRD进行残余应力分析的对比分析。同样,与UNS N06686焊缝相比,由于无偏析或偏析减少,UNS N06022焊缝的压应力和硬度值较高。
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表6 未喷丸和LSPwC条件下HastelloyC-276接头熔合区XRD分析。
在(a) 900 pul/cm2, (b) 1600 pul/cm2, (c) 2500 pul/cm2时,试样截面上的显微组织。
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上图为2205双相不锈钢在不同激光脉冲密度下试样截面的显微组织。暗区为铁素体(δ),亮区为奥氏体(γ)。这些显微图对应的区域接近激光处理的侧面。在不同的激光脉冲密度下,δ和γ相没有明显的差异。众所周知,在奥氏体和铁素体的界面中,由于加热,σ相会析出。然而,LSP是一个非常快的过程,不影响2205双相不锈钢的相结构。
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文章来源:《机械强度》 网址: http://www.jxqdzzs.cn/zonghexinwen/2022/0227/963.html
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