TC4钛合金TIG焊接头组织对性能的影响

在不同热输入条件下对3 mm厚TC4钛合金进行TIG焊接,焊后接头表面呈银白色且无外观缺陷。利用光学显微镜观察分析了焊接接头各区的组织变化规律,并划分了焊接接头区域,进一步对断口处晶粒大小、针状马氏体α'相尺寸进行测定,研究了它们与抗拉强度之间的关系。结果表明:接头细晶区与粗晶区之间晶粒尺寸具有突变趋势;随着晶粒尺寸的增加,焊接接头抗拉强度在逐渐降低;针状马氏体α'相尺寸长短对抗拉强度的影响不明显,其强化作用更倾向于马氏体α'相的编织效果和单向集束形态;细化晶粒对焊接接头的强化效果要优于马氏体α'相本身的强化作用。     

焊接热输入对TC4钛合金TIG焊接头组织和性能的影响

观察不同焊接热输入条件下TC4钛合金TIG焊接头的微观组织特征,分析接头力学性能、显微硬度及断口形貌。结果表明,焊缝主要为针状α'马氏体组成的网篮组织,未发现其他生成相。热影响区主要为α+β+α',且越靠近焊缝的热影响区晶粒越粗大,晶内马氏体越多、越密集。针状α'相尺寸随焊接热输入的增大而增大,马氏体取向亦更加混乱。接头抗拉强度随焊接热输入的增大而增大,在1 144 J/mm时达到912 MPa。不同焊接热输入下的接头硬度值随距焊缝中心距离的增大先降低后升高,并在距焊缝中心3~5 mm的粗晶区存在一软化区。随着焊接热输入的增大,接头平均硬度值增大,且软化区向母材方向偏移。TC4钛合金TIG焊接头的断裂方式属于脆性断裂。     

薄板TC4钛合金TIG电弧和激光焊接接头晶粒尺寸与微观组织

对薄板TC4钛合金进行TIG电弧和激光焊接技术研究,重点分析了TIG焊接电流、焊接速度和激光输出功率对TC4钛合金焊接接头晶粒尺寸、微观组织和显微硬度的影响规律. 试验结果表明,在实现薄板TC4钛合金完全熔透的条件下,激光焊接具有更小热输入,接头焊缝区和热影响区宽度也显著降低. TIG焊接接头晶粒尺寸随热输入增加,呈现增加趋势. 随距焊缝中心位置增加,焊接接头晶粒尺寸均逐渐降低. TC4钛合金激光焊接接头焊缝区呈现魏氏组织特征,针状α'马氏体细小. 近缝热影响区组织为网篮状α'马氏体,而近母材热影响区为未转变α相和针状α'马氏体的双相组织. 随距焊缝中心位置增加,马氏体生成量逐渐减少,焊缝显微硬度值呈现降低趋势;同时相比于TIG焊接,TC4激光焊接接头具有更高的显微硬度.     

TC4钛合金焊接接头的组织和性能分析

采用3种不同焊接工艺对3.0 mm厚的TC4钛合金进行TIG焊,利用OM,XRD,SEM,EDS等手段对接头的显微组织进行分析,并通过万能试验机、洛氏硬度仪测定其力学性能。结果表明,TC4钛合金由初始α相和β相组成,热影响区组织为α′相和初始α相,焊缝由粗大的针状α′马氏体组成,最大尺寸晶粒出现在焊缝区;焊缝硬度与母材的相当,热影响区硬度分布不均匀,在靠近熔合区的粗晶区存在一个软化区,硬度达到接头的最低值。焊接接头的室温抗拉强度与母材的接近,断裂位置在熔合区附近的粗晶区,断裂形式为脆性断裂;采用焊接电流130 A,焊接速度9.2 m/h和热输入617.2 J/mm的工艺参数时,TC4合金T1G焊焊接接头性能优于其他工艺条件下所得接头的性能。     

TC4钛合金真空电子束焊温度场及成形性能

为研究TC4钛合金焊接接头的成形性能,采用真空电子束焊方法对TC4钛合金进行焊接。通过Ansys Workbench数值模拟软件对TC4钛合金真空电子束焊过程进行数值模拟,研究了电子束流、加速电压和焊接速度对焊接接头成形性能的影响。研究结果表明,数值模拟结果与试验结果相吻合;随着电子束流、加速电压的增大及焊接速度的减小,焊缝的熔深和熔宽随之增大;焊接接头熔合区晶粒尺寸由上至下(沿深度方向)逐渐减小,熔合区主要由针状马氏体α′相组成;焊接接头相比于母材,抗拉强度提高至103%,塑性降低,延伸率最高达到86%,针状马氏体α′相是导致焊接接头力学性能改变的关键因素。     

TC4钛合金激光-MIG复合焊接头组织性能

采用激光-MIG复合焊接方法实现了3 mm厚TC4钛合金的焊接,并研究了焊接接头的组织特征、硬度分布、拉伸性能和耐蚀性能。研究结果表明：激光-MIG复合焊接可以实现TC4钛合金的高质量焊接,焊缝成形良好,无明显缺陷;焊缝中心为粗大的β相柱状晶,晶内为细小的针状α′马氏体;热影响区主要为等轴状的α相+β相+α′马氏体,随着远离熔合线,晶粒越来越细且α′马氏体含量越少;焊缝区硬度最高、热影响区硬度次之,母材区硬度最低,且热影响区粗晶区硬度高于细晶区硬度;焊接接头平均抗拉强度为1 069 MPa,平均断后伸长率为5.3%,试样均断裂在靠近热影响区的母材区域,断口呈现塑性断裂特征,同时焊接接头的耐蚀性能略高于母材。     

焊前热处理对TC4-DT钛合金电子束焊接接头组织的影响

焊前首先对TC4-DT钛合金母材进行不同固溶处理,进而研究电子束焊接对接头显微组织的影响.结果显示,在炉冷条件下960℃固溶处理的母材为双态组织,晶粒细小,焊缝轮廓清晰,热影响区为等轴初生α相和针状马氏体α'相,焊缝为"网篮状"马氏体组织;经1018℃固溶处理的母材为魏氏组织,晶粒粗大,焊缝轮廓模糊,热影响区为板条状α相和针状马氏体α'相,焊缝柱状晶宽度增加;经960℃+1018℃固溶处理的母材,魏氏组织晶粒尺寸最大,焊缝柱状晶宽度也最大.固溶后空冷处理的母材α片层厚度小,热影响区α相也小,但焊缝区的马氏体α相变宽、变粗.     

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.     

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%。     

轧制+增材TC4合金电子束焊接接头组织与性能

研究了一种电子束焊接规范对轧制+增材TC4钛合金焊接接头组织影响,分析了焊后钛合金力学性能.结果表明,轧制侧热影响区合金组织变化较大,离焊缝中心距离越近,β转变组织含量增加,晶粒逐渐转变为等轴晶组织,等轴晶内有集束状马氏体α'相析出,越靠近焊缝等轴晶尺寸越大;增材侧热影响区组织形态变化较小,β晶粒形态保持柱状晶形态,无等轴晶区产生,晶内组织转变为马氏体α'相.焊缝两侧热影响区显微硬度变化趋势相同,均为越靠近焊缝中心,显微硬度越高,焊接重熔区硬度最高,达400 HV左右.焊接接头力学性能与TC4钛合金锻件相当,且断裂位置均位于激光沉积母材区域.     

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。     

钛合金潜弧双面焊接头组织和性能分析

采用潜弧焊双面焊接工艺分别对34 mm和58 mm厚的TA15钛合金进行焊接,观察分析了焊接接头的宏观组织特征和焊缝区微观组织形貌,测试了接头的力学性能以及气体含量,并对接头的焊接质量进行X射线检查。结果表明,焊缝区内为晶粒尺寸较大的柱状晶,晶内为针状α相。接头拉伸断裂发生于焊缝区,为韧性断裂,抗拉强度达到母材强度的96%。焊接过程中,未发生氧化,无焊接缺陷,焊接接头质量良好。     

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.     

水下搅拌摩擦焊接铝合金组织与性能研究

采用水下搅拌摩擦焊接(SFSW)技术对2024-T4铝合金板材进行连接,研究了焊接接头的微观组织和力学性能。结果表明:SFSW可以显著细化晶粒,焊核区的平均晶粒尺寸达到700nm,但焊核区的析出相明显粗化。焊接接头的抗拉强度为母材抗拉强度的86.9%,焊核区和热机械影响区交界处成为接头的薄弱区。沉淀强化对接头性能起到主要作用,细晶强化作用较弱。     

TC4钛合金激光双光束焊T形接头疲劳性能及断裂机理

基于飞机机身壁板中T形接头在飞行过程中常因承受空气循环阻力而导致疲劳断裂的问题,分别采用激光双光束焊接技术和激光点焊接技术对TC4钛合金进行T形接头焊接,研究两种接头的显微组织特征、拉伸性能、疲劳性能及断裂机理。结果表明:利用两种不同激光焊接方法焊接后,熔合区组织均为针状α′马氏体组成的网篮组织;与激光双光束焊相比,激光点焊焊接接头网篮状组织中的α′网篮状组织的体积分数增大,针状α′马氏体尺寸增大且相间距减小。与母材拉伸性能相比,激光点焊接接头抗拉强度提高了5.5%,激光双光束焊接接头抗拉强度提高了5.8%。激光双光束焊接试件中值疲劳寿命提高2.23倍,主要原因在于网篮组织对焊接接头产生界面强化效果进而增加接头强度,而激光点焊试件的裂纹穿过焊点进入母材扩展导致试件的裂纹扩展抗力降低。     

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。     

填充金属对TC4钛合金激光填丝焊接头组织性能影响

分别采用TC3实心焊丝和Ti-Al-V-Mo系药芯焊丝作为填充金属，进行TC4钛合金板窄间隙激光填丝焊，并对获得的焊接接头组织性能进行分析研究。结果表明，两组焊接接头各区域的微观尺度区别较明显，激光填药芯焊丝焊接接头中的焊缝区与粗晶区中的α’马氏体长度较小，并且焊缝区中原始β相晶界宽度也较窄；激光填实心焊丝焊缝中α’马氏体板条约为0.55μm，板条α’马氏体之间穿插着少量残留β相，在α’马氏体内部发现位错，并形成少量的位错塞积；激光填药芯焊丝焊缝中的针状α’马氏体宽度约为0.35μm，板条α’马氏体之间同样穿插着少量残留β相，针状α’马氏体内含有少量的细孪晶和大量的位错塞积形成的位错墙，同时在相界位置也发现更加密集的位错，残留β相含量也要略多；激光填实心焊丝焊接接头焊缝区中晶粒间的取向差大于10°的大角度晶界占比约79.25%，药芯焊丝约为96.27%；激光填药芯焊丝焊接接头的焊缝区及热影响区硬度平均值及拉伸性能数值均大于激光填实心焊丝的焊接接头。     

AZ91D镁合金/Q345钢MIG焊对接接头组织与力学性能研究

采用熔化极惰性气体保护电弧焊(MIG)方法对AZ91D合金/Q345钢异种金属进行了焊接,研究了焊接电流和焊接速度对接头显微组织和抗拉强度的影响。结果表明在不同的焊接电流和焊接速度下焊缝区都为α-Mg等轴晶,AZ91D侧熔合区组织为晶粒尺寸不均的α-Mg晶粒,整体晶粒尺寸较为细小,而热影响区的晶粒尺寸较为粗大。在AZ91D/Q345接头连接处形成一定厚度的过渡层。随着焊接电流的增加,焊接接头晶粒尺寸逐渐增大,抗拉强度呈现先增加而后略降低的趋势;随着焊接速度的增加,焊接接头晶粒尺寸减小,异种金属焊接接头的抗拉强度也呈现先略增加而后降低的特征。     

送丝速度对Ti-3Al-6Mo-2Fe-2Zr钛合金激光填丝焊接头组织与性能的影响

采用Ti-6Al-4V(TC4)焊丝对2 mm厚的Ti-3Al-6Mo-2Fe-2Zr钛合金进行激光填丝焊接,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线能谱仪等分析测试方法研究了送丝速度对接头显微组织和力学性能的影响. 结果表明,由于从熔合线至母材受到焊接热作用逐渐递减,热影响区组织依次为单一β相、基体β相 + 初生α_p相、基体β相 + 初生α_p相 + 少量次生α_s相. 焊缝中有针状α'相生成,且分布不均匀. 随着送丝速度的增加,针状α'相的数量增加,尺寸增大. 激光填丝焊接头的抗拉强度及断后伸长率均低于母材,随送丝速度的增加,接头抗拉强度上升,断后伸长率下降.其原因在于TC4焊丝的加入,促使针状α'相在焊缝中析出,送丝速度加快,造成焊缝中钼当量[Mo]_eq降低,析出的针状α'相数量进一步增多,尺寸增大. 针状α'相的析出提高了焊缝强度,当送丝速度大于1.0 m/min时,接头的断裂位置为热影响区.     

热处理对TC21钛合金线性摩擦焊接头组织与性能的影响

基于先进飞机构件研制需求,针对TC21钛合金线性摩擦焊接头,设计了3种热处理制度,开展了焊态及不同热处理状态下接头显微组织及力学性能研究. 结果表明,焊态试样的焊缝区由细化的β晶粒组成,晶内析出含有大量位错的针状马氏体,起到了位错强化作用,显微硬度相比母材明显提高,热力影响区由于次生α相发生了溶解,显微硬度相比母材有所降低. 热处理后焊接接头内的α相发生了显著变化,在高温区退火时,长时间保温导致初生条状α相长大,在低温区退火则促进了次生针状α相的析出;所有热处理后的接头进行拉伸试验后均断裂于母材区,经过双重退火的接头其焊缝区及热力影响区组织均为β转变组织+初生长条状α相 + 次生针状α相,并且各区域显微硬度基本与母材一致,组织更加均匀.