焊接热过程和冶金过程

20092041GMAW三维瞬态焊接热过程的数值模拟/赵明…//焊接.-2008(10):28~31采用双椭球体热源分布模式,把过热熔滴带入熔池的热焓量处理为特定区域的均匀热源,建立了运动电弧下GMAW焊接热过程的数值分析模型。利用Visual Fortran编写数值计算程序,预测了从电弧引燃到准稳态过程中焊接温度场和熔池形状的动态演变,以及熔池自由表面的变形,并进行了试验验证。结果表明,达到宏观准稳态时,计算所得熔池宽度和深度与试验结果基本吻合。图3参720092042细晶粒钛合金热影响区晶粒长大规律/吴巍…//焊接学报.-2008,29(10):57~60,64细晶粒钛合金经历焊接热循环后,热影响区粗晶区晶粒具有严重的长大倾向。针对TIG焊接过程,研究了显微组织为等轴状结构的细晶粒Ti-6Al-4V合金粗晶区晶粒长大规律,分析了晶粒粗化对粗晶区组织转变和接头硬度的影响。结果表明,母材晶粒细化引起的冷却过程中β相变点变化,导致细晶粒Ti-6Al-4V合金粗晶区晶粒与普通Ti-6Al-4V合金相比具有更小的长大倾向;马氏体形核率的降低导致细晶粒Ti-6Al-4V合金粗晶区α′马氏体束在生长过程具有更强的位相性...     

细晶粒钛合金热影响区晶粒长大规律

细晶粒钛合金经历焊接热循环后,热影响区粗晶区晶粒具有严重的长大倾向。针对TIG焊接过程,研究了显微组织为等轴状结构的细晶粒Ti-6Al-4V合金粗晶区晶粒长大规律,分析了晶粒粗化对粗晶区组织转变和接头硬度的影响。结果表明,母材晶粒细化引起的冷却过程中卢相变点变化,导致细晶粒Ti-6Al-4V合金粗晶区晶粒与普通Ti-6Al-4V合金相比具有更小的长大倾向;马氏体形核率的降低导致细晶粒Ti-6Al-4V合金粗晶区a’马氏体束在生长过程具有更强的位相性,晶界片状马氏体片层厚度和晶内马氏体板条长度随粗晶区晶粒尺寸增加明显增大;与普通Ti-6Al-4V合金相比,细晶粒Ti-6Al-4V合金粗晶区晶粒长大未引起软化问题。     

细晶粒钛合金粗晶区组织及接头力学性能分析

针对TIG焊接过程,研究了显微组织为层片状结构的细晶粒Ti-6Al-4V合金热影响区粗晶区组织转变规律,分析了热输入对粗晶区晶粒生长和接头力学性能的影响.粗晶区晶粒尺寸的测量结果显示,经历焊接热循环后,晶粒具有严重的长大倾向.焊接过程中,粗晶区发生了马氏体相变,形成α′马氏体组织.随着热输入的增加,粗晶区组织将由尺寸较小,且相互交错的α′丛,持续生长成贯穿整个晶粒的粗大α′束.硬度测量结果表明,热影响区中存在一个软化区间,该区间宽度随焊接热输入增加而增大.细晶粒Ti-6Al-4V合金焊接接头抗拉强度随热输入增加而减小.较大热输入下,断口位于粗晶区内,拉伸断口呈准解理断裂特征.     

GMAW三维瞬态焊接热过程的数值模拟

采用双椭球体热源分布模式,把过热熔滴带入熔池的热焓量处理为特定区域的均匀热源,建立了运动电弧下GMAW焊接热过程的数值分析模型.利用Visual Fortran编写数值计算程序,预测了从电弧引燃到准稳态过程中焊接温度场和熔池形状的动态演变,以及熔池自由表面的变形,并进行了试验验证.结果表明,达到宏观准稳态时,计算所得熔池宽度和深度与试验结果基本吻合.     

细晶粒钛合金GTAW焊缝成形性能分析

通过常规及细晶粒Ti-6Al-4V钛合金的GTAW试验,对比了不同焊接工艺时两种钛合金的焊缝成形.结果表明,由于细晶钛合金晶粒细化,晶界增多,而使热导率降低,焊接过程中晶界对热量传导的阻碍作用变大,这就使得细晶粒钛合金的焊接参数范围变窄,在很大的电流参数范围内,细晶粒钛合金的焊缝成形性能均比常规钛合金差很多;但是在一个较窄的电流变化围内,细晶钛合金的焊缝成形性能优于常规钛合金,超出此范围,成形较差;并讨论了可能的影响因素;针对文中的试件规格推荐了一个最优的焊接电流参数为47～48 A.

Abstract：

Fine grain titanium alloy is used extensively in aerospace and ailrraft because of its excellent comprehensive properties and outstanding machinability. Fine grain Ti-6Al-4V alloy and common grain Ti-6Al-4V alloy were welded by tungsten iner-gas arc welding( GTAW) respectively. Welding parameters and appearance of two Ti-6Al-4V alloys welded were investigated. The results indicate that the heat conductivity impediment of grain boundary strengthened because of fine grain Ti-6Al-4V alloy grains refinement and grain boundary increasing. Thus, its coefficient of heat conductivity is decreasing . Camparing with appearance of common grain Ti-6Al-4V alloy, when the range of welding current parameter was wide, the appearance of fine grain Ti-6Al-4V alloy was bad. However, when the range of welding current parameters was narrow relatively, the appearance of fine grain Ti-6Al-4V alloy welded was better than the one of common grain Ti-6Al-4V alloy. The possible influencing factors were discussed. At last, according to the specimen size, an optimal welding current parameter(47 ～ 48) A was recommended.     

细晶粒钛合金焊接接头粗晶区的精细结构

采用透射电子显微镜,研究显微组织为等轴状结构的细晶粒Ti-6Al-4V合金在3种焊接参数作用下焊接接头粗晶区的精细结构,并测量接头显微硬度的分布.结果表明:粗晶区晶内初生α′马氏体随热输入增大显著粗化,其形态特征由针状长大成为板条状;在较大热输入下相互平行排列的α′马氏体板条束引起粗晶区强度和延展性下降;初生α′马氏体内部的亚结构以位错和堆垛层错为主,并存在少量孪晶,随热输入增大,位错密度增加;热输入增大也引起由残余β相转变生成的次生α′尺寸增大;3种焊接参数下的热影响区中均未出现软化现象.     

GMAW焊接熔池形状和表面变形的数值模拟

采用双椭球体热源分布模式,把过热熔滴带入熔池的热焓量处理为特定区域的均匀热源,建立了运动电弧下GMAW焊接热过程的数值分析模型.利用Visual For-tran编写数值计算程序,预测了从电弧引燃到准稳态过程中焊接熔池形状和熔池自由表面变形的动态演变,并进行了对比试验.基于数值模拟和工艺试验结果,可以看出达到宏观准稳态时计算所得的焊缝形状尺寸与试验结果基本吻合,因此验证了所建模型和采用的计算方法是正确、可靠的.     

TC4钛合金激光焊接技术研究进展

激光焊接技术作为当前一种高效、优质焊接新技术的典型代表具有高质、高效、高稳定性、低变形等技术优势，拥有广泛的应用领域。总结了国内外激光焊、激光填丝焊、激光-电弧复合焊接TC4(Ti-6Al-4V)钛合金时，焊接参数对焊缝成形的影响，并且分析了激光-电弧复合焊金属蒸气等离子体的作用机制、复合热源的相互作用模式及熔滴过渡和熔池动力学，重点探讨了焊缝及热影响区典型微观组织及其转变过程，为激光焊接技术在TC4钛合金实际工程应用推广提供理论支撑。     

大变形热轧Ti-6Al-4V合金棒材力学性能的研究

通过大变形热轧试验,获得了一种新的Ti-6Al-4V合金细晶棒材.与粗品棒材一起分别测试了其拉伸性能和冲击韧度,观察了断口形貌.结果表明:细晶组织Ti-6Al-4V合金棒材具有较高的塑性和冲击韧度,拉伸强度变化不大.断口观察发现其拉伸断口平坦,塑坑较浅,但伸长率与粗晶粒棒材相比反而提高,且属于韧性断裂.     

Ti-6Al-4V丝材电弧增材制造钛合金的组织与性能

以Ti-6Al-4V丝材为原料,电弧为热源将钛合金丝材进行熔融,逐层堆积,用快速增材制造技术制备钛合金,并对合金的凝固过程、组织形貌和力学性能进行分析。结果表明,在丝材电弧增材制造过程中,开始堆积的1~2层为柱状晶,随后的堆积层则以等轴晶的方式生长。而且电弧的高热量输出,使得每个堆积区-熔合区-堆积区得到了有效的冶金结合,没有明显的界面和钛马氏体,各区域的显微组织均为稳定的α+β片层组织以及接近的显微硬度值。与铸态Ti-6Al-4V合金相比,电弧增材制造的钛合金不仅初始β晶粒细小,而且α+β片层间距也较小,其抗拉强度相比铸态提高3.6%,延伸率提高37%,拉伸断口为韧窝状的韧性断裂,与铸态合金存在一定撕裂棱的准解理断口形貌差异明显。     

细晶粒钛合金薄板TIG焊温度场分析

采用数值模拟和试验相结合的方法分析了不同晶粒尺寸的细晶粒Ti-6Al-4V钛合金薄板常规钨极氩弧焊(TIG)焊接过程中的温度场.结果表明,不同晶粒尺寸的细晶钛合金的温度场相似,但是随着母材晶粒尺寸减小,晶界增多,热导率与比热容都相应减小,且比热容减小幅度较大.所以较细晶粒尺寸钛合金热传递速度较慢,同一温度的等温线的范围大于较粗晶粒钛合金的相应值,并且距离焊缝中心越远,这种差距越明显.较细晶粒尺寸钛合金距离焊缝中心相同点的峰值温度也明显高于较粗晶粒尺寸钛合金.     

氢处理细晶钛合金的拉伸性能及其在牙科上的应用

氢处理是能够使钛合金晶粒尺寸达1μm以下的为数较少的方法之一。利用这种方法可以使α+β型钛合金Ti-6Al-4V及富β的α+β型钛合金Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe获得晶粒尺寸小于0.5μm的等轴细晶组织,使合金具有优异的超塑性能。日本学者中東潤对这两种合金进行氢处理,研究其常温性能及超     

Ti-6Al-4V线材电弧增材制造的组织与性能研究

本文采用Ti-6Al-4V线材为原料,以电弧为热源将钛合金丝材进行熔融,逐层进行堆积的快速增材制造,并对合金的凝固过程、组织形貌和力学性能等进行分析。结果表明,在丝材电弧增材制造过程中,在开始堆积的1~2层为柱状晶,随后的堆积则以等轴晶的方式生长。而且电弧高的热量输出,使得每个堆积区-熔合区-堆积区得到了有效的冶金结合,没有明显的界面和钛马氏体,各区域的显微组织均为稳定的α+β片层组织以及接近的显微硬度值。与铸态Ti-6Al-4V相比,电弧增材制造的钛合金不仅初始β晶粒细小,而且α+β片层间距也较小,其抗拉强度相比铸态提高3.6%,延伸率提高37%,拉伸断口为韧窝状的韧性断裂,与铸态合金存在一定撕裂棱的准解理断口形貌差异明显。     

β处理对Ti-6Al-4V钛合金组织和力学性能的影响

系统研究了β处理对Ti-6Al-4V钛合金组织和力学性能的影响。结果表明:β处理主要影响Ti-6Al-4V合金的晶粒尺寸,而对晶内组织形态影响较小。β晶粒尺寸是由β处理温度和保温时间共同决定的。在β处理温度为T_β+30℃条件下,只有当在β区保温时间100 min以上时,β晶粒才明显长大。当β处理温度为T_β+45℃时,70 min的保温时间就可使合金β晶粒明显粗化。不同β处理工艺下合金强度及断裂韧性波动较小,而塑性变化较大。T_β+30℃×70 min,空冷+730℃×150 min,空冷的热处理工艺能使合金获得较好的强度、塑性及韧性匹配。     

Ti-6Al-4V超高频脉冲GTAW焊缝气孔分析

以Ti-6Al-4V钛合金为母材金属进行焊缝气孔研究,试验发现与常规电弧焊接(conventional GTAW, C-GTAW)相比,超高频脉冲GTAW(ultra high frequency pulsed GTAW, UHFP-GTAW)具有较好的焊缝气孔清理效果,可有效减少甚至清除气孔缺陷. 结合UHFP-GTAW电弧行为对焊缝气孔形成的气泡长大、脱离熔池壁面、上浮逸出等三个阶段分别进行分析. 结果表明,在高频脉冲电弧作用下,气泡受压,有利于气泡核长大;表面张力变大,有利于附着气泡脱离熔池壁面;Ti-6Al-4V钛合金熔池粘度随温度升高而减小,气泡逸出速度随之增大,有利于降低焊缝气孔敏感性.     

熔化极气体保护焊热过程的数值模拟

采用双椭球体热源分布模式,把过热熔滴带入熔池的热焓量处理为特定区域的均匀热源,建立了运动电弧下熔化极气体保护焊热过程的数值分析模型.利用VisualFortran编写数值计算程序,预测了从电弧引燃到准稳态过程中焊接温度场和熔池形状的动态演变,以及自由表面的变形,并进行了对比试验.结果表明,达到宏观准稳态时所得的熔池宽度与深度与试验结果基本吻合.     

高温停留时间对细晶粒钛合金粗晶区组织的影响

采用热模拟试验方法,研究了高温停留时间对显微组织为等轴状结构的细晶粒Ti-6Al-4V合金热影响区粗晶区晶粒生长、微观组织转变和性能的影响.结果表明,较长的高温停留时间作用下,粗晶区晶粒严重粗化.晶内精细结构占主体的是相互交错排列的片状α'马氏体,其亚结构以孪晶为主;而随着高温停留时间的减少,粗晶区晶粒长大趋势减小,晶内α'马氏体呈板条状,板条内部存在高密度位错;粗晶区硬度随高温停留时间的增加而减小;较小的高温停留时间作用下,粗晶区具有更小的晶粒尺寸,其晶内位错马氏体束较细小,具有更好的综合力学性能.     

SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的界面研究

采用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪研究了用中国制备SiC纤维增强的Ti-6Al-4V复合材料的界面反应,发现在SiC纤维的C涂层和Ti-6Al-4V基体之间形成的界面反应产物为细晶粒和粗晶粒的TiC,而无C涂层的SiCf/Ti-6Al-4V的界面反应产物,从SiC纤维到Ti-6Al-4V基体,依次为细晶粒的TiC+Ti5Si3、粗晶粒的TiC和Ti3SiC2.还测量了界面反应区厚度并讨论了界面反应机理.     

EQ70钢激光电弧复合焊焊接热循环及其对热影响区组织演变的影响

采用Visul Environment 软件建立了EQ70钢激光电弧复合焊的三维模型,并利用SYSWELD软件对激光电弧复合焊焊接温度场进行了有限元数值模拟,结合热电偶测温法和热影响区的微观组织表征分析了激光电弧复合焊热循环特点及其对热影响区组织演变的影响. 结果表明,采用双椭球体+峰值递增锥体组合型热源可以准确模拟复合焊温度场,电弧区、过渡区、激光区相同热影响区微区具有相近的热循环,热影响区加热速度可达400 ℃/s,1 100 ℃以上停留时间为0.79～1.33 s,t_8/5为4～6 s. 粗晶区、细晶区组织为板条马氏体,临界区组织为马氏体+晶界碳化物,亚临界区组织为回火马氏体. 激光电弧复合焊具有快速加热、高温停留时间短的特点,在一定程度限制了奥氏体晶粒的长大,粗晶区和细晶区平均晶粒尺寸分别为42.7,19.8 μm.     

钛合金超音频直流脉冲GTAW焊缝组织性能

基于1.5 mm厚Ti-6Al-4V(TC4)钛合金平板对接试验,研究分析了超音频直流脉冲氩弧焊焊缝金相组织及焊接接头力学性能.结果表明,与常规直流钨极氩弧焊(gas tungsten arc welding,GTAW)相比,由于超音频直流脉冲方波电流的作用,气泡逸出速度增大,Ti-6Al-4V钛合金焊缝的气孔敏感性降低,熔池高温液态金属流动性增强,电弧能量集中,焊缝晶粒细化明显,其亚晶组织以短棒状a’马氏体组成的网篮状组织或a’片状组织与短棒状a’相交织的状态为主,焊接接头断后伸长率和断面收缩率显著提高.