激光焊接头碳化钨在因瓦合金熔池中的溶解机理研究

焊接接头碳化钨发生的溶解行为以及由此引起的接头脆化，严重破坏硬质合金原有的组织性能而使接头失效，成为油气运输关键设备中硬质合金-钢焊接结构制造的主要瓶颈。因此，对接头碳化钨溶解机理的研究不仅必要而且十分迫切。本项目拟采用激光焊(因瓦合金焊丝)以及基于多场耦合的数值模拟技术，深入研究焊接条件下接头碳化钨"溶解"这一关键科学技术问题。重点研究热输入和填充材料对碳化钨溶解、微区特征、弯曲强度的影响规律；揭示碳化钨在因瓦合金熔池中的溶解规律及接头WC->η相转化机制；完成WC/β界面中间层、稀土碳化物析出等微区特征的高分辨结构表征；结合基于多场耦合的温度场、应力场、组织分布的数值模拟及实测结果，建立反映微观组织和宏观性能的接头碳化钨溶解、微区特征与弯曲强度之间的关系模型。本项目旨在建立焊接条件下碳化钨的溶解理论及控制方法，为开发硬质合金-钢接头强韧化技术和研制下一代油气运输关键设备提供科学基础。

为揭示激光焊接接头碳化钨“溶解”机理，本研究采用激光焊，结合数值模拟技术和多传感信息融合技术，进行了硬质合金与钢焊接的研究，重点研究焊接热输入和填充材料对碳化钨溶解、微区特征、弯曲强度的影响规律，揭示了碳化钨的溶解规律及接头WC→η 相转化机制，表征了WC/β界面中间层等微区特征，在温度场、应力场分析的基础上，建立了接头碳化钨溶解、微区特征与弯曲强度之间的关系模型。试验中发现单个碳化钨的溶解表现为三角形或四边形的钝边溶解、伴随着小颗粒碳化钨的消失大颗粒碳化钨迁移聚集长大，退火处理后发现异常长大的碳化钨晶粒，在异常长大的晶粒上可发现微裂纹。研究结果表明：在无填充条件下，激光焊可以实现3 mm厚的硬质合金与钢的焊接，弯曲强度可达970MPa；当硬质合金厚度超过3 mm时，需利用因瓦合金作为中间层才能实现硬质合金与钢的良好成形；随着中间层厚度增加（超过0.5 mm），焊接接头弯曲强度下降；激光作用下，WC→η 相转化表现为不稳定的中间态η 相，如Co2W4C、WC1-x等，且Fe6W6C等复合碳化物量很少。