钛合金电子束焊接和局部热处理后残余应力分布特征

采用小孔法测定了14.5mm厚TC4钛合金平板电子束焊接,研究了电子束焊接和局部热处理集成加工工艺下残余应力的分布,分析了局部热处理对焊接接头残余应力分布特征的影响.结果表明,在实验条件下电子束局部热处理后纵向残余拉应力的分布区间由焊接状态下焊缝中心线两侧距焊缝中心线5mm的区域减小到2mm的区域,纵向残余拉应力峰值同焊接状态相比降低了76%,横向残余压应力峰值降低了65%.电子束局部热处理未扫描的母材区域,残余应力数值同焊接状态相比几乎没有变化.     

12 mm厚钛合金平板电子束焊接的数值模拟

采用ANSYS有限元分析软件,建立12 mm厚TC4钛合金平板电子束焊接温度场和应力场的三维有限元数值计算模型。模型采用圆锥体热源考虑电子束焊接时的小孔效应;材料的热学、力学性能参数随温度变化;相变和熔池内液体的对流散热通过比热和热导率的变化实现。计算结果表明：钛合金电子束焊接时,熔池呈典型的卵形分布。高值纵向残余拉应力集中分布在焊缝中心线两侧距焊缝中心线4 mm的区域内,平板内部出现接近材料屈服极限的局部三维残余拉应力状态。实验得到的焊缝宏观形貌和小孔释放法检测到的焊接残余应力对计算结果进行验证,实验结果和计算结果吻合较好,证明了有限元模型的正确性。     

钛合金电子束焊接应力分析的有限元模型

建立了两种钛合金平板电子束焊接应力场的数值分析模型，针对4mm厚的TC11钛合金平板试件，计算分析不同计算模型对电子束焊接残余应力的影响。结果表明厚度为4mm的平板电子束焊接接头，在焊缝及其近缝区很窄的区域内，存在着数值接近材料屈服极限的纵向残余拉应力，而表面横向残余应力则为压应力，且残余应力在厚度上也呈不均匀分布，数值计算模型应根据研究问题的特点来选取。     

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.     

BT20钛合金电子束焊接残余应力三维有限元数值模拟

研究钛合金电子束焊接构件残余应力的大小和分布，了解残余应力的形成机理，具有十分重要的理论和实际意义。作者利用ANSYS程序模拟了BT20钛合金电子束焊态和焊后电子束局部热处理的实际焊接温度场以及焊接接头应力场的变化和残余应力的分布。计算结果表明，钛合金薄板焊缝中心残余拉应力的峰值达到焊缝金属屈服强度σn的60％-70％；焊后电子束局部热处理可以降低焊缝中心处的拉伸残余应力值，降低约50％左右；用所建模型计算得到的数值结果规律与实测的残余应力值基本一致。     

局部热处理改善TC21钛合金板电子束焊接残余应力研究

针对TC21钛合金电子束焊接接头残余应力过大问题,通过局部热处理工艺来改善其分布,分别采用X射线检测法和小孔法两种方法对电子束局部热处理后焊接残余应力的分布进行了测试研究。试验结果表明:两种测试方法测试结果趋势相同。焊后焊缝区残余应力较大,横向残余拉应力最高达到736 MPa,纵向残余压应力最高达到-468MPa,而经电子束局部热处理后,焊缝区横向及纵向残余应力峰值同焊接态相比都降低了70%~75%,而母材区域由于焊接态时残余应力较小,经过局部热处理扫描和未经过局部热处理扫描的区域残余应力几乎没有变化。     

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。     

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...     

电子束局部热处理对TC4合金接头疲劳性能影响

通过低周轴向应变疲劳试验,研究了电子束局部热处理对TC4钛合金接头疲劳性能的影响.结果表明,电子束局部热处理TC4钛合金接头在疲劳过程中存在一定的软化行为;在一定的载荷条件下,与焊后未热处理状态相比,经过电子束局部热处理后,TC4钛合金电子束焊接接头的疲劳寿命可以提高30%以上.     

TI-6Al-4V钛合金电子束焊接有限元分析

采用有限元方法模拟分析了厚6 mm的Ti-6Al-4V钛合金电子束焊接过程,计算研究了瞬态温度场的分布特点、规律及特征点的温度变化历程,在准确计算焊接温度场的基础上通过热-应力顺序耦合,模拟计算了Ti-6Al-4V钛合金电子束焊接头的应力场的分布特征.结果表明:模拟计算的焊缝形貌与实际焊接试验所得基本吻合,焊接温度场整...     

添加铜填充层的Ti-15-3钛合金与304不锈钢电子束焊接过程中的温度与应力场(英文)

采用铜填充金属对Ti-15-3钛合金与304不锈钢进行电子束焊接,对Ti/Fe和Ti/Cu/Fe接头在焊接过程中的温度场和应力场进行数值模拟和试验测量。结果表明,高斯旋转体热源适用于电子束焊接过程的模拟。温度场对于焊缝中心呈非对称分布,钛侧的温度高于不锈钢侧的。热应力同样呈非对称分布,残余拉应力主要存在于不锈钢侧。铜填充金属的加入,降低了焊接过程中的峰值温度、温度梯度以及残余应力,纵向和横向残余拉应力分别降低了66MPa和31MPa。从温度场和应力场的角度可以看出,铜合金是一种较好的Ti-15-3钛合金与304不锈钢电子束焊接的填充金属材料。     

钛合金(TC4)电子束焊接模拟

通过工艺试验,获得了9 mm厚TC4电子束焊接最佳工艺参数;利用有限元软件ABAQUS建立模型.结果表明,模拟焊缝形貌和表面残余应力结果与实测结果具有非常高的一致性,说明了穿透性强的圆锥热源和辐射性强的双椭球热源组成的复合热源能够有效地反应出电子束焊接特点,证明了有限元模型的正确性;进而对模拟结果进一步分析,得到焊缝周围存在较高残余应力,尤其是在焊件内部存在危险的三维拉伸应力状态.     

Using Finite Element and Contour Method to Evaluate Residual Stress in Thick Ti-6Al-4V Alloy Welded by Electron Beam Welding

This work was to reveal the residual stress profile in electron beam welded Ti-6Al-4V alloy plates(50 mm thick) by using finite element and contour measurement methods.A three-dimensional finite element model of 50-mmthick titanium component was proposed,in which a column–cone combined heat source model was used to simulate the temperature field and a thermo-elastic–plastic model to analyze residual stress in a weld joint based on ABAQUS software.Considering the uncertainty of welding simulation,the computation was calibrated by experimental data of contour measurement method.Both test and simulated results show that residual stresses on the surface and inside the weld zone are significantly different and present a narrow and large gradient feature in the weld joint.The peak tensile stress exceeds the yield strength of base materials inside weld,which are distinctly different from residual stress of the thin Ti-6Al-4V alloy plates presented in references before.     

铝/镀锌钢异种金属旁路分流MIG电弧熔钎焊界面区组织与接头性能

以2 mm厚6061铝合金与镀锌钢板为试验材料,进行旁路分流MIG电弧熔钎焊工艺试验.采用金相显微镜、扫描电镜和拉伸试验机对接头组织及力学性能进行研究,分析了不同焊接速度时界面层组织和接头性能的变化规律.结果表明,随焊接速度增加焊接热输入减少,界面温度下降,元素扩散速度降低,导致接头界面结合层变薄.另外接头强度随焊接速度与界面层厚度增加呈现先增加后减小的趋势,最高强度达135.32 MPa.当焊接速度较低时,界面温度高,易形成脆性金属间化合物,导致其接头性能下降;高速焊接时,铝/钢界面反应不充分,甚至存在未钎合和气孔等缺陷,影响了接头性能.     

BT20钛合金电子束热处理残余应力计算

利用三维有限元分析软件，模拟了BT20钛合金薄板焊态和焊后电子束局部热处理的实际焊接温度场以及残余应力的分布。结合数值计算，讨论了不同的热处理方式以及热处理工艺参数对焊接接头残余应力分布的影响。结果表明，在钛合金薄板焊缝的背面进行电子束局部热处理，可以显著降低焊缝中心处的残余拉应力。数值计算结果还表明，在其它工艺参数相同的情况下，随着局部热处理加热宽度和加热时间的增加，焊缝及近缝区的纵向残余应力随之降低，同时产生残余应力的范围也随之增大。     

Effect of welding parameters on Al/Ti joint property in electron beam welding-brazing

The electron beam welding-brazing being used to join 5A06 Al alloy to TC4 Ti alloy decreases the formation of brittle intermetallic compound. Experiments were carried out to study the influence of electron beam welding parameters on the tensile strength of welds, based on an orthogonal test and analysis method. The welding parameters include beam current, welding speed, scanning figure, scanning frequency, figure size, beam offset and focus current. The optimum parameters for 3 mm 5A06 Al alloy and 2 mm TC4 alloy were as follows: acceleration voltage was 60 kV, beam current was 11 mA, welding speed was 600 mm/min, focus current was 0 mA, scan figure was ○, scanning frequency was 1 000 Hz and beam offset was 0.5 mm. The results show that the joints were with good appearance and quality welded by the optimum parameters. The successful joints could be gained and the maximum tensile strength of Al/Ti dissimilar alloy joints could be up to 222.61 MPa using electron beam welding-brazing.     

TiAl金属间化合物电子束焊接头应力场分布特征

采用热弹塑性有限元方法,对TiAl金属间化合物平板电子束焊接接头的焊接应力进行了三维数值模拟,并分析了应力分布状态与裂纹特征之间的关系.结果表明,沿焊缝方向σx为残余拉应力,在焊道中部维持在较高水平,最高拉应力为390MPa.焊道中部横截面σx方向为残余拉应力,在热影响区附近达到最大值415 MPa,σy方向也为残余拉应力,且在距焊缝中心1.9 mm处达到最高值160 MPa左右.在不同焊接热输入条件下接头最高抗拉强度为304.7 MPa,断裂发生在接头热影响区附近,即残余应力最大的区域.     

DP590双相钢/6061铝合金激光熔钎焊工艺特性研究

采用1.2 mm厚双相冷轧钢板DP590、1.5 mm厚铝合金6061和药芯焊丝Zn-2%Al进行了铝/钢光纤激光熔钎焊接特性研究,分析了对接间隙和光束偏移量对接头显微组织和力学性能的影响。结果表明,不开坡口,采用间隙1 mm、光束零偏移,或采用间隙0.75 mm、光束向铝侧偏移小于1.2 mm,都可获得强度较高的接头,最大抗拉强度可达275.7 MPa,达到铝母材强度的88.37%,断裂于铝母材热影响区。激光光束偏向铝侧1.2 mm以内,获得的接头强度均在220 MPa以上。本实验中最佳接头界面化合物层厚度在1μm以下。