Study on the Electron Beam Welding Process of ZTC4 Titanium Alloy

主要探讨铸造TC4合金电子束焊接工艺。为了获得良好的铸造TC4合金电子束焊接接头,作者对焊缝形貌,微观组织和接头拉伸性能进行研究。结果表明:通过调节焊接电流和焊接速度可以获得电子束焊双面成型工艺,但是对于厚板却很难获得双面成形的焊缝形状,经X射线检测焊缝内部质量,能满足检验标准;铸造钛合金电子束焊接接头微观组织构成的母材由板条状α相和β相组成,焊缝区域由针状马氏体组成,热影响区由细针状马氏体、板条状α相和β相组成;铸造TC4电子束焊接接头拉伸性能与母材相当,因此可以通过改善母材的组织成分和显微组织来提高其焊接接头的拉伸强度。冲击试验表明应力集中系数对吸收功有很大的影响。     

TC4钛合金电子束焊接接头组织和性能

通过室温拉伸、室温缺口拉伸、显微硬度以及金相分析对TC4钛合金电子束焊接接头的显微组织和性能进行了研究。试验结果表明，用电子束焊接TC4钛合金可获得性能良好的焊接接头，其接头的抗拉强度不低于母材，焊缝的缺口敏感系数均小于1。焊缝区和热影响区的硬度均高于母材，焊缝组织是由较粗大的原始β相转变而成的α′相，即针状马氏体，热影响区组织为均匀且细小的针状马氏体和原始α相的混合物。     

7 mm厚TC4钛合金电子束焊接头组织和性能

采用真空电子束焊对7 mm厚TC4钛合金板进行焊接,利用光学显微镜对焊接接头显微组织进行表征,分析不同区域显微组织,通过显微硬度、拉伸试验、冲击试验、弯曲试验对力学性能进行测试,借助扫描电镜对拉伸、冲击断口形貌进行观察,对焊接接头显微组织演变规律和性能进行研究。结果表明,真空电子束焊焊接接头成形良好,TC4钛合金母材组织由α相和β相组成,焊缝区组织由原始的β相转变而成α′相（针状马氏体）,为粗大的柱状晶组织,热影响区组织由均匀且细小的针状马氏体α′相及原始的α相和β相组成;焊缝区显微硬度高于热影响区和母材区,从焊缝顶部到根部显微硬度逐渐下降;焊接接头抗拉强度高于母材抗拉强度;V形缺口在焊缝区的冲击试样具有较好的韧性。     

TC4钛合金的电子束焊

采用真空电子束焊接工艺焊接TC4钛合金，通过显微组织观察、显微硬度测试以及进行冲击试验，分析了焊接接头显微组织、性能以及焊缝中气孔的形成。结果表明：采用真空电子束焊焊接TC4合金时焊缝中有气孔产生．焊缝金属的硬度值比母材金属的高，但冲击值低于母材的；焊缝和热影响区中较粗大的原始β相一部分转变为过饱和的针状马氏体；焊缝中心有少量的针状α＇相，并形成了编织状α组织。     

TC4-DT钛合金电子束焊接接头的拉伸性能

用电子束焊接50 mm厚TC4-DT钛合金板,对母材、焊缝金属和焊接接头的拉伸性能进行测试,获得了母材和焊缝金属的基本拉伸性能数据,分析了电子束焊接接头显微组织对拉伸性能的影响.结果表明,电子束焊接使TC4-DT钛合金焊缝金属强度增加,塑性和韧性降低,应变硬化能力增强.焊接接头拉伸试验的断裂位置均在离焊缝边缘较远的母材上,母材为整个接头的薄弱环节.母材和焊缝金属拉伸断口均表现出延性韧窝断裂特征.与母材金属相比,焊缝金属拉伸性能的变化与电子束焊接过程中冷却速度快、在焊缝区形成了粗大β柱状晶及针状马氏体有关.     

TC4钛合金电子束焊接接头高温性能与组织

通过高温拉伸试验、高温持久拉伸试验以及金相分析对TC4钛合金电子束焊接接头的显微组织和高温性能进行了研究.结果表明,用电子束焊接TC4钛合金可获得高温性能良好的焊接接头,其焊接接头的高温抗拉强度为630 MPa,与母材相当.高温持久拉伸时焊接接头在400 ℃下100 h的持久强度大于600 MPa,不低于TC4钛合金母材同等条件下的持久强度.TC4钛合金母材室温下的组织为典型的轧制状态组织,即拉长了的针状α β组织,焊缝组织是由原始β相转变而成的α'相,即针状马氏体.经高温拉伸和高温持久拉伸后焊缝晶粒均明显长大,但其晶粒的长大程度与高温持续时间无关.     

TA19钛合金惯性摩擦焊接工艺

采用惯性摩擦焊接工艺对TA19钛合金进行了焊接试验研究,针对不同工艺参数下的焊接接头力学性能进行了室温拉伸、高温拉伸及显微硬度等测试,并对优选工艺后焊接接头显微组织进行了分析. 结果表明,TA19钛合金具有良好的惯性摩擦焊接性,在合理焊接工艺条件下能得到高强度焊接接头;焊接接头各区域中焊缝区显微硬度最高,随着向母材区过渡,显微硬度逐渐降低;焊缝区为典型的动态再结晶组织,主要由少量沿β相晶界分布的沿晶α相+α′马氏体组成,热力影响区由变形初生α相+α′马氏体组成,热影响区微观组织与母材相近,仅有部分板条状β相及板条状次生α相发生交叉分布.     

超塑成形TC4薄板激光焊接头组织及性能研究

对1mm厚Ti6A14V钛合金薄板进行了激光焊接工艺试验,研究结果表明:激光焊配合修饰焊工艺获得成形均匀和质量良好的接头,且焊缝内部无气孔、裂纹等缺陷。接头焊缝区组织以针状α′马氏体相为主,热影响区组织分为粗晶区和细晶区,粗晶区包含较多的针状马氏体,细晶区则为板条状α相+少量针状马氏体;接头硬度由母材区到焊缝区呈逐渐增高趋势,焊缝区显微硬度最高,为371 HV。薄板TC4钛合金激光焊接头拉伸强度与基材相当,断后伸长率略低于母材,接头横弯弯曲角度略低于母材,弯曲断裂于母材侧。     

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.     

TC4钛合金激光锁面对接焊的微观组织及力学性能研究

采用激光焊接技术对TC4钛合金工字型法兰底板与蒙皮进行了锁面对接焊,研究了焊接接头的宏观成形、微观组织和力学性能。结果表明,采用激光锁面对接焊工艺的接头成形良好,没有咬边、裂纹和气孔等缺陷。焊缝组织为针状马氏体α′相和分布在原始β晶界的α相,热影响区由初生α相、针状马氏体α′相以及少量β相组成。焊缝和热影响区的硬度高于母材,最大硬度出现在热影响区靠近焊缝处。锁面对接接头拉伸性能良好,试样断于母材处,采用激光锁面对接焊工艺可以对工字型法兰底板与蒙皮进行高性能连接。     

TC4钛合金窄间隙激光填绞股焊丝焊接接头组织及性能

采用实心绞股焊丝,通过窄间隙激光填丝焊对TC4钛合金进行焊接,分析了激光填丝焊接头各区域的微观组织及形貌,并测试了焊接接头的显微硬度、室温拉伸性能及冲击性能等力学性能。结果表明,焊缝截面整体成形良好,无明显未熔合和气孔等缺陷;母材由等轴α+β相组成,热影响区晶粒比母材稍大,热影响区由针状α′马氏体+初生α相组成,焊缝由粗大的原始β柱状晶和内部网篮状α′马氏体组成;焊接接头的抗拉强度平均值达940 MPa,拉伸断裂在母材,断口韧窝较浅,主要表现为韧性断裂特征;焊缝的显微硬度平均值为375 HV,高于母材及热影响区。 创新点： 采用高熔敷效率的绞股焊丝作为填充金属,对 20 mm 厚 TC4 钛合金板进行激光填丝焊,探究了厚板钛合金焊接接头的组织与性能分布规律,为厚板钛合金焊接结构的实际应用提供基础数据支撑。     

钛合金平面曲线对接焊接头的组织与力学性能

采用激光焊接工艺对1.2 mm厚TG4钛合金薄板进行了平面曲线对接焊,研究了曲线焊缝的宏观成形、微观组织和力学性能。结果表明,试验获得了成形良好的焊缝,未出现不连续、裂纹以及气孔等缺陷。焊缝区组织由针状马氏体α'相组成,靠近焊缝的热影响区组织为马氏体α'相和少量α相,远离焊缝的热影响区组织由初生α相、晶间β相以及少量马氏体α'相组成。焊缝和热影响区的硬度均高于TC4母材的,接头拉伸试样断于母材处,抗拉强度和伸长率分别为1015.40MPa和16.49%。     

TC4钛合金激光焊接接头组织与性能

分析不同激光焊接工艺参数下焊缝的微观组织特征,并测试焊缝的力学性能.结果表明:TC4钛合金激光焊接焊缝为针状马氏体α'组成的网篮组织和少量α'相;随着焊接热输入量的增加,由于熔池搅拌、焊接应力、合金元素烧损等原因,马氏体的分布更加散乱和密集;焊接工艺参数对焊缝相组成和各相相对含量的影响均不显著.合理的焊接工艺参数下,接头的强度高于母材.     

TC4钛合金电子束焊与TIG焊焊接接头的组织性能对比研究

针对TC4钛合金电子束焊及TIG焊焊接接头的凝固组织、微观相结构及接头静载室温拉伸性能进行了对比研究。结果发现,TIG焊接头热影响区内为较粗大的等轴晶,焊缝区内凝固组织为粗大柱状晶,柱状晶粒生长方向由最初的垂直于焊缝-热影响区界面逐渐转为垂直向上生长。电子束焊接头组织形态同样是热影响区为等轴晶粒形态,而焊缝区内为柱状晶粒,等轴晶和柱状晶粒的尺寸较TIG焊均明显减小,且柱状晶生长方向始终垂直于焊缝-热影响区界面。TIG焊焊缝区原始β晶内的微观组织由魏氏α板条、针状马氏体α’以及β基体组成,而电子束焊焊缝原始β晶内的微观组织由大量细长针状马氏体α’+β基体组成。力学性能测试结果表明,电子束焊焊接接头的强度略高于TIG焊,塑性显著优于TIG焊。     

TC4钛合金搭接接头双侧激光角焊的组织与性能

采用在基材预制"台阶"的方式来替代送丝,探索了TC4钛合金双侧角焊搭接接头无填丝激光焊接工艺,研究了焊接接头的宏观成形、微观组织和力学性能。结果表明,在激光功率1.1 kW、离焦量0 mm、光束入射角度60°、焊接速度3 m/min的焊接工艺下,采用尺寸为1.0 mm×1.0 mm的"台阶"可以获得焊缝填充饱满,无咬边缺陷,成形良好的双侧激光角焊搭接接头,接头拉剪强度达到965.1MPa,断裂位置在TC4母材上。搭接接头焊缝区组织由β柱状晶以及针状马氏体α′相组成;热影响区由初生的α相和针状马氏体α′相以及少量的粒状β相组成。     

Ti17合金电子束焊接接头的力学性能

通过室温拉伸试验、室温缺口拉伸、室温冲击试验以及金相分析对Ti17合金电子束焊接接头的显微组织和室温力学性能进行了研究.试验结果表明:用电子束焊方法焊接Ti17合金可获得室温性能良好的焊接接头,其接头的抗拉强度不低于母材,焊缝的缺口敏感系数均小于1,焊缝具有较高的冲击韧度.焊缝区组织与母材组织基本相同,都是α相上分布着沿晶界及晶内析出的细针状β相,焊缝区的晶粒度要比母材的晶粒度粗大.     

焊后消应力对TC4钛合金电子束焊接接头组织和性能的影响

研究去应力退火和完全退火两种热处理状态下30 mm厚TC4钛合金电子束焊接接头的组织和性能。结果表明：两种热处理状态下,接头的组织构成类似,BW区以等轴α相+板条状α相与晶间β相组成的双相组织,HAZ区由初生α相、针状马氏体α′相以及板条状α相和β相的双相组织组成,WM区主要由大量的针状马氏体α′相和少量分布在原始β晶界的α相组成。与去应力退火状态相比,在完全退火状态下,接头整体组织更加均匀,α相球化程度更高,抗拉能力更强,抗冲击性能更弱。     

焊前准备、焊后处理及辅助设备

20084015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/胡美娟…//焊接学报.-2008,29(2):104~107通过对14.5mm厚TC4钛合金平板电子束焊接头的局部热处理,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。图4表3参620084016热处理对铁基非晶合金涂层相组成及磨损性能的影响/樊自拴…//材料热处理学报.-2008,29(1):120~123采用超音速火焰喷涂技术在0Cr13Ni5Mo不锈钢基体上制备了铁基非晶涂层,研究了500~800℃不同温度热处理对涂层的相组成和摩擦磨损性能的影响。从涂层的显微硬度分析、相...     

厚板TC4钛合金电子束焊接头组织和力学性能研究

对30 mm厚TC4钛合金进行电子束焊接试验,通过金相分析以及显微硬度测试对焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究。结果表明,TC4钛合金母材由等轴α以及部分β转变组织组成,焊缝区组织在纵向上具有不均匀性。焊缝顶部β柱状晶粗大,沿熔合线向顶部生长,中部和下部柱状晶相对较小,垂直熔合线向焊缝中心对称竞相生长。β晶粒内部微观组织为针状马氏体,马氏体尺寸从焊缝顶部到底部逐渐减小。热影响区显微组织为等轴初生α相和α'针状马氏体,以及未完全转变的β相。焊缝区和热影响区显微硬度值高于母材;在焊缝区纵向上,顶部显微硬度值为340 HV,随着距离焊缝顶部距离的增加,硬度值显著增大,最大值为435 HV。     

厚壁TC4-DT钛合金电子束焊接接头的微观组织特征

对50mm厚壁TC4-DT钛合金进行焊接试验,通过对接头横截面进行光学显微组织分析和显微硬度测试,研究电子束焊接对该合金微观组织特征的影响。结果表明:TC4-DT钛合金母材显微组织为等轴状初生α相和层片状(α+β)所构成的典型双态组织。焊缝区的显微组织为网篮状马氏体组织α,,焊缝上部粗大的原始β柱状晶界明显,下部原始β晶粒尺寸较小且晶界不明显。热影响区显微组织可分为2个区域,近焊缝热影响区显微组织为少量等轴初生α+针状马氏体α,,近母材热影响区显微组织为等轴初生α+含针状α的转变β组织。2个区域的分界取决于焊接冷却过程的β转变温度。接头焊缝区和热影响区显微硬度偏高,近焊缝热影响区显微硬度达到峰值。另外,不同焊缝深度处显微硬度有差别:随着熔深位置增加,焊缝区的显微硬度呈递增趋势。