TC4钛合金焊接接头中压电子束局部热处理技术

电子束局部热处理技术是对整体热处理的一种有益补充,针对TC4钛合金进行中压电子束局部热处理研究。电子束局部热处理后TC4钛合金接头的组织形态与电子束焊态基本相同,但焊缝区的晶粒组织略有细化,焊缝区显微硬度也得到了改善,电子束局部热处理后焊接接头的拉伸力学性能均高于焊态。优化的电子束局部热处理工艺完全可以使TC4钛合金接头的组织力学性能超过焊态。     

热处理工艺对TC18电子束焊焊接接头力学性能的影响

采用普通退火、去应力退火、双重退火3种焊后热处理工艺对TC18钛合金电子束焊接接头进行焊后热处理,分别检测母材、接头的拉伸、冲击等力学性能,试验结果表明,采用双重热处理工艺的TC18母材与电子束焊接接头,具有较好的抗拉强度、屈服强度、冲击韧度。对于采用双重热处理工艺的TC18电子束焊接接头,进行疲劳寿命检测,发现经双重热处理后的TC18钛合金电子束焊接接头有较好的高周疲劳性能,在应力比为0.1的拉-拉耐疲劳试验中,经过1000万次循环试验后,焊接接头的疲劳极限为490MPa。     

电子束局部热处理对TC4钛合金焊接接头组织和性能的影响

通过对14.5 mm厚TC4钛合金平板电子束焊接接头的局部热处理,研究了电子束局部热处理对钛合金电子束焊接接头组织、硬度和拉伸性能的影响.结果表明,电子束局部热处理后扫描区内的母材组织晶粒粗化长大,α相在原始β晶界处长大的同时,以层片状或针状的α形态向β晶内生长.局部热处理后冷却速度的降低使焊缝组织中的针状马氏体在分解析出β相的同时转变为α相,变短变厚的α相相互交错排列.另外,局部热处理消除了焊缝和热影响区的硬度突变.同焊后状态相比,局部热处理后焊接接头的整体性能沿焊缝垂直方向得到了均衡和提高,拉伸试样的断裂位置由焊后状态时的热影响区和母材的交界处转移到未经历热处理的母材区域.     

电子束焊接及局部热处理复合技术的数值分析

电子束焊接及局部热处理复合技术是一种多功能的电子束加工技术.文中以ANSYS有限元分析软件为平台,对2,6和12 mm厚的TC4钛合金平板电子束焊接和局部热处理时的温度场和应力场进行了数值模拟计算,详细分析了局部热处理对不同厚度钛合金平板电子束焊接温度场和残余应力场的影响规律.结果表明,在给定的计算条件下,2 mm厚TC4钛合金平板的电子束局部热处理效果最好,电子束局部热处理后上表面距焊缝中心线4 mm的区域内冷却速度基本一致,纵向残余拉应力最大值由780 MPa降低到560 MPa,减小幅度达到28%.     

TC4钛合金电子束焊接接头相变的热力学特征

阐明了TC4钛合金电子束焊接接头相变的热力学特征,从热力学角度分析了TC4钛合金电子束焊接接头在不同的热处理条件下形成不同组织结构的机制,为通过改变热处理制度控制TC4钛合金电子束焊接接头相变的方法,提供了理论基础.结果表明,TC4钛合金电子束焊接接头的相变驱动力来源于新相马氏体和母相的化学自由能差,形成的马氏体贯穿整个晶粒,并且其取向呈一定的角度;低于MS点的焊后热处理只能使马氏体长大,而高于MS点的焊后热处理不仅使马氏体长大,还使部分β相成为饱和固熔体,并残留在马氏体片层之间.     

焊后电子束局部热处理对GH4133合金接头疲劳性能的影响

针对涡轮盘材料GH4133合金，在电子束焊后采用新颖的电子束局部热处理工艺对接头进行热处理。通过700℃高温疲劳试验，研究了电子束局部热处理对电子束焊接接头疲劳寿命的影响，旨在为航空构件的电子束焊接及焊后电子束局部热处理加工积累性能数据和经验。     

60mm厚TC4钛合金电子束焊接头疲劳性能

针对大厚度钛合金在海洋领域的应用,开展了60 mm厚TC4钛合金电子束焊接(EBW)接头疲劳性能的研究. 对EBW接头和母材的疲劳性能进行测试,分析接头疲劳性能的均匀性,绘制S-N曲线对比分析母材与接头的疲劳性能,并采用扫描电镜观察疲劳试样断口以解明断裂路径. 结果表明,EBW接头疲劳性能测试断裂多发生在母材,少数断裂在热影响区,接头疲劳性能沿熔深方向由上至下逐步降低,电子束焊接接头比母材高出10%,接头疲劳试验断口可分为疲劳源区、裂纹稳定扩展区和瞬断区3个典型区域,裂纹起源于试件表面边缘处.     

电子束热处理对钛合金接头残余应力的影响

采用小孔法,测量了BT20钛合金电子束焊接接头在焊态和电子束局部热处理两种状态下残余应力的分布。结果发现,钛合金电子束焊接接头处以纵向残余应力为主;通过电子束局部热处理,使焊缝处的残余应力峰值降低了约50％;在热处理的过程中,必须采取一定的措施,在改善残余应力的同时尽量避免产生变形。     

TC11钛合金电子束焊接接头超高周疲劳性能

采用天津大学自行研制的TJU-HJ-I型超声疲劳试验系统研究了TC11钛合金电子束焊焊接接头的超高周疲劳性能. 试验结果表明,TC11钛合金电子束焊接接头在107周次以上仍然会发生疲劳失效,S-N曲线呈现连续下降的趋势,没有明显的转折. 试件的断裂位置大多数为母材处,焊缝和热影响区的疲劳性能要比母材好,这与焊接接头的微观组织有关. 通过SEM对超声疲劳断口形貌进行观察发现,断裂试件的疲劳裂纹大部分在表面萌生,然而在应力范围较低时,疲劳裂纹的萌生位置有从表面转向次表面的趋势.     

双重退火对TC21钛合金电子束焊接接头组织性能的影响

为了解决TC21钛合金电子束焊接接头脆性较大的问题,提高其电子束焊接接头的冲击韧性,对TC21钛合金电子束焊接接头进行热处理研究和其接头组织性能的分析。研究表明,TC21钛合金电子束焊接接头经双重退火热处理后具有良好的综合性能,即具有较好的强度和断后伸长率,冲击韧性达到母材的58%;接头经双重退火后,焊缝α′相发生分解,生成α相和β相。     

电子束局部热处理对30CrMnSiNi2A钢接头组织和断裂性能的影响

一般电子束焊接接头在焊后都需要进行真空或炉中整体热处理,以改善接头的组织和性能。电子束局部热处理是一种新型的热处理方式,具有精确度高、灵活性好、效率高、节省能源和提高生产率的优点。因此探讨该热处理方式对电子束焊接接头组织、力学性能和断裂韧性的影响规律,具有十分重要的实际意义。本文结合金相组织分析,对30CrMnSiNi2A钢电子束焊接后焊态、焊后炉内整体热处理和电子束局部热处理三种焊接接头不同区域的力学性能和断裂韧性进行了探索性试验研究。试验结果表明,电子束局部热处理能够在一定程度上改善焊接接头的组织和断裂性能,特别是能够明显改善焊缝的断裂韧性,但还不能完全替代整体热处理,仍需要今后继续探索其更为合理的处理方式和工艺。     

焊接方法对AA2219铝合金接头性能的影响(英文)

使用钨电极惰性气体保护焊接、电子束焊接和搅拌摩擦焊接技术制备无填充金属的AA2219铝合金对焊接头。研究三种焊接工艺对材料拉伸、疲劳和腐蚀行为的影响。使用光学和电子显微镜研究显微结构。结果表明,与钨电极惰性气体保护焊和电子束焊接相比,搅拌摩擦焊制备的接头具有较高的拉伸和疲劳性能与较低的耐蚀性能,这主要是由于其中的细化晶粒和均匀分布的强化析出相所引起的。     

Effects of Welding Processes and Post-Weld Aging Treatment on Fatigue Behavior of AA2219 Aluminium Alloy Joints

AA2219 aluminium alloy square butt joints without filler metal addition were fabricated using gas tungsten arc welding (GTAW), electron beam welding (EBW), and friction stir welding (FSW) processes. The fabricated joints were post-weld aged at 175 °C for 12 h. The effect of three welding processes and post-weld aging (PWA) treatment on the fatigue properties is reported. Transverse tensile properties of the welded joints were evaluated. Microstructure analysis was also carried out using optical and electron microscopes. It was found that the post-weld aged FSW joints showed superior fatigue performance compared to EBW and GTAW joints. This was mainly due to the formation of very fine, dynamically recrystallized grains and uniform distribution of fine precipitates in the weld region.     

2A14高强铝合金电子束焊接头缺陷分析

研究了2A14铝合金在电子束焊接中的主要缺陷,分析了焊接缺陷的形貌特点、形成原因和控制措施,为铝合金电子束焊接接头质量的提高提供了依据.结果表明,在铝合金电子束焊接头中的裂纹为结晶裂纹,增加电子束流搅拌以减少成分偏析,细化组织可减少裂纹的产生;彻底清除氧化膜、增加扫描频率、实施焊后重熔均可有效地减少焊缝气孔的产生;焊后重熔和增加搅拌同样对焊缝内的根部缩孔有一定的改善作用;在焊接结构上采取适当措施解决焊缝下榻;焊接接头的软化通过焊后热处理得到明显改善.     

Fatigue crack growth of titanium alloy joints by electron beam welding

Electron beam welding（EBW） has been widely used in the manufacture of titanium alloy welded blisk for aircraft engines. Based on fatigue crack growth tests on titanium alloy electron beam welding（EBW） joints, mechanism of fracture was investigated under scanning electron microscope（SEM）. The results show that fatigue crack growth rate increases as the experimental load increases under the same stress ratio and stress intensity factor range. At the beginning of crack growth, the extension mechanism of fatigue crack is the typical mechanism of cleavage fracture. In the steady extention stage, crack extends along the weld seam firstly.Then, crack growth direction changes to extend along the base metal. The extension mechanism of fatigue crack in the weld seam is the main mechanism of cleavage fracture and the extension mechanism of fatigue crack in the base metal is the main extension mechanism of fatigue band. In the instantaneous fracture stage, the extension mechanism of fatigue crack is the typical dimple-type static fracture mechanism.Crack growth was simulated by conventional finite element method and extended finite element method.     

Shape Character of Fusion-solidification Zone of EBW Joints for Titanium Alloy

Shape character of fusion-solidification zone of electron beam welding (EBW) joints was studied for TC4 alloy.Four typical shapes of the fusion-solidification zone were gained by appropriate welding processes.The shapes and dimensions of the fusion-solidification zone of TC4 titanium joints were apparently influenced by processing parameters,focusing state and power density distribution.Based on the analyses of processing parameters,focusing state and power density distribution,the integrated parameters of n1 and n2 were put forward,which represented the distribution and intensity of electron beam energy.And a series of the formulations are developed to predict the shape of fusion-solidification zone by the processing parameters.     

Comparative Analysis on Microstructure and Mechanical Properties between EBW and TANDEM Welding of 7A52 Aluminum Alloy Joint

The plates with 20mm thickness of 7A52 aluminum alloy were welded by electron beam welding and TANDEM welding with ER5356 filler,respectively.The microstructure and mechanical properties of the joints were investigated.The results showed that the microstructure of EBW metal was finer and tighter than TANDEM welding.The heat-affected zone of the EBW joint was narrower,its hardness was higher and the tensile strength improved obviously compared to TANDEM welding.Excellent quality control of the EBW joint was made without abnormal porosity,inclusions and micro-cracks.Therefore,the EBW joint of 7A52 aluminum alloy showed excellent performance.     

TC4-DT电子束焊接头显微组织及疲劳裂纹扩展行为

在光学显微镜下对TC4-DT钛合金电子束焊接头显微组织进行了分析,讨论了接头不同位置显微组织特征.比较了疲劳裂纹始于焊接接头不同位置时的宏观裂纹扩展路径及裂纹扩展速率,依据焊接接头显微组织特点讨论了显微组织对疲劳裂纹扩展行为的影响.结果表明,电子束焊接头沿熔深方向显微组织存在一定的差异;文中条件下,与母材区相比焊缝熔合区及热影响区具有较高的疲劳裂纹扩展抗力,导致裂纹扩展路径逐步偏向母材区,最后讨论了裂纹扩展路径的偏折对裂纹扩展速率的影响.     

多束流电子束焊接对Ti6Al4V钛合金薄板变形的影响

多束流电子束焊是一种能够同时产生多个电子束流作为焊接热源的电子束焊接新技术,能够有效的减小焊接应力和变形。为了减小Ti6Al4V钛合金薄板焊接变形,本文提出了一种新型的多束流电子束焊接技术,除了熔化金属的主束流外,还包括两个对称分布的辅助束流用来焊后加热。分别用传统电子束焊和多束流电子束焊对1 mm厚的Ti6Al4V钛合金薄板进行焊接试验,试验表明,通过调节两个辅助束流的位置和能量分布,多束流电子束焊能够有效减小钛合金薄板的焊接变形。