金属的焊接性

高强度钢差厚板激光拼焊焊缝成形及组织分析;电子束焊-钎焊复合焊T形接头组织性能分析;QCr0．8／TC4薄板电子束焊接头组织及断裂路径;2219厚板搅拌摩擦焊组织及性能分析;多层焊对A／P异种钢复合管SMAW接头组织及性能的影响     

金属的焊接性

高强度钢差厚板激光拼焊焊缝成形及组织分析;电子束焊-钎焊复合焊T形接头组织性能分析;QCr0．8／TC4薄板电子束焊接头组织及断裂路径;2219厚板搅拌摩擦焊组织及性能分析;多层焊对A／P异种钢复合管SMAW接头组织及性能的影响     

嵌入纯钛薄板对TA15钛合金电子束焊焊缝成分及显微组织的影响

在TA15钛合金电子束焊对接接头中嵌入纯钛TA1金属薄片,通过改变焊缝的熔宽调控焊缝内的母材与嵌入材料的比例,以此实现对焊缝内合金成分含量的控制。通过对焊接接头及焊缝内元素分布特征的观察和分析,证明选用适当的焊接工艺参数可以实现合金元素的均匀分布,并可有效地细化焊缝组织、降低焊缝的显微硬度。     

TA15钛合金电子束焊焊接接头力学性能

钛合金材料以及相关制造技术是实现飞机先进性的重要基础之一,电子束焊接是钛合金板材一种先进的焊接形式.对TA15钛合金板材电子束焊接试样进行了金相分析和静力试验、疲劳试验和扫描电镜(SEM)分析.结果表明,TA15板材电子束焊焊接接头的焊缝、热影响区和母材的微观组织差别明显;焊缝韧性降低,抗拉强度高于母材;热影响区尺寸较小,在1～2 mm左右,是焊接接头的薄弱部位;疲劳裂纹大多萌生于焊接热影响区区域,疲劳破坏试样断口的SEM分析表明,疲劳裂纹大多起源于焊接热影响区的气孔处.     

钛合金激光-TIG复合焊接保护状态对焊缝成形及性能影响

用激光-TIG复合热源对2.5 mm厚TA15钛合金进行对接焊试验.利用万能力学拉伸机、红外热成像仪、电子探针（EPMA）、扫描电镜（SEM）等分析手段对焊接接头进行测试分析,并与单TIG焊进行对比.分析焊接工艺参数和接头保护时间对焊接接头形貌和性能的影响.结果表明,实现2.5 mm厚钛合金全熔透焊接时,激光-TIG复合焊比单TIG焊速度更快、热输入更低,焊缝和热影响区更窄,晶粒更细;相同保护条件下,激光-TIG复合焊接头比单TIG焊接头具有更高的强度、塑性和更好的疲劳性能;激光-TIG复合焊缝冷却速率高于单TIG焊,获得良好的保护状态时所需保护时间更短.     

电子束焊接Ti-60高温钛合金的适用性

通过分析Ti-60高温钛合金电子束对接焊接头的微观组织和力学性能,以及焊后热处理对Ti - 60接头高温拉伸与持久性能的影响,研究了电子束焊接高温钛合金的适用性.采用所选择的电子束焊工艺焊接高温钛合金,焊缝成形好,表面缺陷少.分别进行了Ti -60焊接接头的室温、550℃高温拉伸力学性能检测,并且针对高温钛合金电子束焊接接头中易出现针状α '相的现象,采用双重热处理工艺,改善接头性能.结果表明:电子束焊接高温钛合金,焊接适用性好,焊后双重热处理方法能够有效减少焊缝中针状α'相的存在,使得高温钛合金接头的高温拉伸力学性能与持久性能显著提高.     

电镀阻隔层对钛/钢电子束焊接接头性能的影响

采用电子束熔化焊、电子束阻隔焊和电子束阻隔熔-钎焊方法来实现钛合金与不锈钢异种金属之间的连接。研究发现钛合金与不锈钢连接界面处产生的脆性金属间化合物是影响接头性能的关键因素。采用电子束直接熔化焊和阻隔熔化焊钛合金和不锈钢时,接头界面会产生贯穿性裂纹导致焊缝直接断裂。电子束阻隔熔-钎焊中利用熔化的不锈钢润湿未熔化的钛合金母材,并采用Ag、Cu作为中间层添加元素,在结合界面处形成了很好的阻隔屏障,减少了Ti/Fe界面的金属间化合物的产生,减缓了应力,实现了钛合金与不锈钢的冶金结合,接头抗拉强度约为100 MPa。电子束阻隔熔-钎焊得到的钛合金/不锈钢异种金属焊接接头焊缝正反面成形良好,X射线探伤未发现裂纹和气孔缺陷。     

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。     

基于接头形状分析的电子束焊接头性能研究

为了获取性能优良的电子束焊构件,在航空领域中更好地发挥电子束焊技术的作用,文中分析了不同工艺条件下接头的形状特征,进行了接头组织及拉伸力学性能的研究。试验结果表明,调控电子束焊工艺可获得钉形、钟罩形及漏斗形等形状接头,但无法改变焊缝金属的组织形态;由于呈现近似的"熔合线平行"特征,钟罩形接头的拉伸性能比其他形状接头更理想。研究表明,电子束焊接头形状特征可作为表征高能束焊接工艺与力学性能相关性的重要因素。     

激光-TIG复合热源焊接钛合金T形结构焊缝成形特点及影响因素分析

采用激光-TIG弧复合焊接工艺对钛合金T形结构单面焊背面双侧一次成形焊接新技术进行了研究,通过综合试验、对比分析等方法,研究了多种试验条件下T形结构焊缝成形特点及影响因素,给出了采用激光-TIG复合焊接工艺实现钛合金T形结构单面焊背面双侧一次成形焊接的最佳工艺方案.结果表明,采用激光-TIG复合焊接工艺焊接钛合金T形结构与钨极氩弧熔透焊工艺相比在焊缝组织、焊接效率、焊缝成形、间隙适应性等方面有明显的优势.     

钛合金与铬青铜电子束自熔钎焊接头组织与力学性能

采用铜侧偏束工艺实现了TA15钛合金与QCr0.8铬青铜的电子束自熔钎焊,采用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射分析仪对焊缝组织进行了分析,通过接头抗拉强度对接头力学性能进行了评价。结果表明,电子束偏向铜合金1mm时,钛合金母材只有上部少量熔化,实现与铜合金的连接,而接头中部和下部的连接则通过液态金属对钛合金母材的钎接而实现连接。钎缝界面由较薄的Ti-Cu化合物层组成,主要包括TiCu、Ti2Cu3、TiCu2和TiCu4。而在铜侧焊缝内,细小的Ti-Cu化合物弥散分布于铜基固溶体上,使焊缝得到强化。接头强度达到300MPa,拉伸时断裂发生在铜合金上,呈韧窝状塑性断裂模式。     

铝/钛异种金属填丝电子束熔钎焊接头组织与性能

采用填丝电子束熔钎焊对TA2纯钛和1060纯铝进行了焊接试验,分别对接头显微组织、相组成、抗拉强度和显微硬度进行了分析. 结果表明,采用填丝电子束熔钎焊可以实现纯钛与纯铝的有效连接,接头抗拉强度为98.8 MPa,达到铝母材的96.7%. 接头呈现典型的熔钎焊特征,由钛侧钎焊接头及铝侧熔焊接头组成. 熔钎焊界面存在Ti-Al金属间化合物层,其厚度小于2 μm,未对接头性能强度产生影响. 铝侧熔化区内存在散布的金属间化合物起到一定强化作用,显微硬度最低值位于铝侧热影响区内,拉伸断裂于该区域.     

工业纯钛TA2/紫铜T2异种金属CMT焊接接头的微观组织和腐蚀性能

采用冷金属过渡技术(CMT)对工业纯钛TA2和紫铜T2异种金属薄板进行对接焊.焊接过程中,使焊丝偏向铜的一侧,铜母材和焊丝熔化形成熔焊接头,熔化的填充材料润湿钛母材,形成钎焊界面,实现钛和铜的熔钎焊连接.使用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和力学试验研究焊接接头的组织以及连接机理.在室温下10%HCl溶液中,研究钛/铜异种金属CMT焊接接头的腐蚀行为.结果表明,钎焊界面由TiCu,Ti₂Cu,AlCu₂Ti等多种金属间化合物组成;焊缝区由铜基固溶体和Ti-Cu-Al-Ni-Fe五元素析出相组成;接头的抗拉强度达到205 MPa;焊接接头在室温10%HCl溶液中腐蚀7天后,钎焊界面出现腐蚀沟槽,14天后自行断裂.     

添加QCr0.8阻隔层的钛/钢电子束焊接接头组织与性能

采用1.5 mm厚QCr0.8铬青铜作为阻隔层进行了TA15钛合金与304不锈钢的电子束焊接,重点分析了焊接接头的横截面形貌、微观组织和力学性能。结果表明,焊缝中存在约0.5 mm宽的未熔QCr0.8阻隔层,实现了Ti元素与Fe元素的物理隔离,避免了Ti-Fe化合物的形成。铜/钢侧焊缝由铜基固溶体与铁基固溶体组成。而钛/铜侧焊缝中V元素的加入很好地抑制了Ti-Cu界面化合物的大量生成,焊缝组织由铜基固溶体、(Ti,V)基固溶体及少量Ti-Cu化合物组成,提高了该区域的强度和塑性。未熔铜阻隔层在热作用下发生软化,接头拉伸断裂发生在未熔的QCr0.8上,接头抗拉强度为293 MPa,为塑性断裂模式。     

填充泡沫Ti/AlSiMg的SiC陶瓷钎焊接头的组织与性能

为丰富SiC陶瓷钎焊所用钎料的设计思路,提出了一种泡沫Ti/AlSiMg新型复合钎料,通过Ti元素的溶入提高钎料与SiC陶瓷之间的界面结合力,利用泡沫Ti与Al基钎料之间的界面反应获得原位增强的钎缝,从而提升接头力学性能. 采用钎焊温度700 ℃、保温时间60 min和焊接压力10 MPa进行SiC陶瓷真空钎焊,利用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析、X射线衍射、电子探针和万能试验机对接头组织、成分和性能进行分析,探索泡沫Ti/AlSiMg复合钎料在SiC陶瓷钎焊中的可用性. 结果表明,填充泡沫Ti/AlSiMg复合钎料所得接头结构为SiC/Al/Ti(Al,Si)₃/Ti(Al,Si)₃原位增强Ti基钎缝/ Ti(Al,Si)₃/Al/SiC,断裂发生在铝合金界面层和SiC陶瓷之间,Ti元素的溶入提高了铝合金界面层与SiC陶瓷之间的界面结合力,接头抗剪强度达111 MPa.     

TA15钛合金与304不锈钢的电子束焊接

对TA15钛合金和304不锈钢的电子束焊接进行了研究,对接头显微组织、相组成和显微硬度进行了分析.结果表明,TA15与304不锈钢电子束焊接性较差,在较小的热应力下即在焊缝内产生大量裂纹.焊缝内生成连续分布的化合相,主要包括TiFe2,TiFe,Cr2Ti等,脆性化合物的产生是裂纹形成的根本原因.焊缝区内显微硬度明显高于母材,且TiFe2的硬度高于TiFe相,贯穿裂纹在TiFe2相富集的区域产生.二者的直接电子束焊接难以实现,需要添加中间层以改善焊缝的冶金条件,改变化合物的种类和分布,从而实现可靠连接.     

Ti/Al异种合金电弧熔钎焊接头温度场与界面微观组织

采用交流TIG焊电弧与AlSi12焊丝实现了TC4钛合金与LF6铝合金熔钎焊连接,通过有限元软件分析接头温度场,并利用扫描电镜观察接头钎焊界面的微观组织特征.结果表明,接头温度分布极不均匀,钛侧梯度大高温区窄,铝侧梯度小高温区范围广,冷却时高温区逐渐向钛侧偏移.当钨极正对钛钝边时,等温线平行于钎焊界面,温度分布均匀,有利于形成组织均匀的界面反应层.冷体熔钎焊加速了钎焊界面的冷却,降低了钛的溶解量,可抑制金属间化合物的生长.化合物层形貌由空冷时的锯齿状转变为胞状生长.     

Cold metal transfer welding–brazing of magnesium to pure copper

Magnesium alloy AZ31B and pure copper T2 were lapped and joined by cold metal transfer (CMT) welding–brazing method by AZ61A magnesium alloy wire with a 1·2 mm diameter. Results indicated that a satisfied Mg/Cu CMT welding–brazing joint was obtained in the stable welding processes with no spatter. The joint was composed of Mg–Mg welding joint formed between the Mg weld metal and the Mg base metal, and Mg–Cu brazing joint formed between the Mg weld metal and the local molten Cu base metal. The microstructure and the intermetallic compound (IMC) distribution were inspected and analysed in detail. The interfacial reaction layers of the brazing joint consisted of Mg₂Cu, Al₆Cu₄Mg₅, MgCu₂ and Mg₁₇Al₁₂ IMCs. The tensile shear strength of the Mg/Cu CMT welding–brazing joint could reach 172·5 N mm^?1. In addition, two different fracture modes were observed: at the fusion zone and at the brazing interface.     

TA15钛合金A-TIG焊试验分析

从焊缝成形、焊缝气孔、接头力学性能、微观组织、接头抗腐蚀性能等方面对TA15钛合金A-TIG焊进行了试验研究,并和常规TIG焊进行了比较.结果表明,A-TIG焊能够有效减小熔宽、增加熔深;A-TIG焊能够有效减少气孔数量,提高接头的抗拉和抗弯性能;和常规TIG焊相比,A-TIG焊HAZ较窄且组织较细,而两者的焊缝区组织基本相同;活性剂的加入并没有降低A-TIG焊接头的抗腐蚀性能.总之,TA15钛合金A-TIG焊比常规TIG焊具有明显优势.