钛合金电子束焊接在船舶领域应用的前景

船舶用钛合金焊接接头要求具有较好的抗冲击性能和抗疲劳性能,针对较大壁厚结构件,一般的焊接技术效率低且焊接质量较难保证,真空电子束焊接技术在这方面具有优势。本文综述了钛合金电子束焊接的特点,对其在船舶应用的前景,尤其是在大厚板焊接、冲击性能和疲劳性能等方面的优异表现进行了介绍,船舶用钛合金厚板焊接的长服役寿命可靠性是采用电子束焊接结构制造的根本目的。     

高温钛合金焊接研究现状及展望

综述了国内外高温钛合金焊接研究的发展现状。总结了高温钛合金的焊接特点及其对高温钛合金焊接接头热强性与热稳定性、蠕变疲劳抗性的一致性、均匀性和稳定性的要求,介绍了闪光对焊、线性摩擦焊、电子束焊接和激光焊接技术的研究现状,并对高温钛合金焊接未来研究方向进行了展望。      

钛合金激光焊研究现状与展望

钛合金具有比强度高、高温下耐腐蚀性能优异、电化学相容性优良等优点,在航空航天、石油化工、生物医药等领域获得大量应用。对于钛合金的焊接以电子束焊、等离子弧焊、钨极氩弧焊、激光焊等焊接方法为主。激光焊具有能量密度大、焊接变形小、焊接热影响区小、单道焊接熔深大、不需要真空条件等优点,在钛合金焊接领域具有广阔的发展前景。国内外相关学者针对钛合金激光焊接技术开展了大量研究,也取得了大量研究成果。通过对这些研究成果和研究进展进行总结,可以进一步促进对钛合金激光焊的研究。本文从钛合金薄板激光焊、钛合金厚板激光焊、钛合金激光复合焊、钛合金活性激光焊、钛合金异种材料激光焊五个方面总结了钛合金激光焊最新的研究进展和取得的成果,指出当前研究存在的问题,并对未来的研发方向进行了展望。     

真空电子束焊接技术应用研究现状

简要概括了真空电子束焊接技术在不同材料连接方面的应用现状及研究发展动态,包括铝及其合金、钢铁材料、铜及铜合金、钛及钛合金、难熔金属钨/钽/铌/钼及其合金、金属间化合物及复合材料电子束焊接的发展现状。针对电子束焊接技术,简述了国内外学者已取得的部分研究成果,包括工艺试验、组织分析、数值模拟和力学性能等;分析了目前电子束焊接技术在材料连接方面还存在的问题,并展望了电子束焊接技术应向高温新型结构材料、异种材料、功能复合材料等方向发展,丰富了连接过程中的理论基础,揭示了工艺与组织及性能的对应关系,扩展了电子束焊接技术的应用领域。     

TC4-DT钛合金电子束焊接接头的损伤容限性能

针对TC4-DT钛合金厚截面锻件开展了电子束焊接工艺实验和接头力学性能测试与分析.结果表明,TC4-DT钛合金不仅具有良好的焊接工艺特性,而且电子束焊接接头具有高的损伤容限性能.接头的断裂韧性优于母材并且比母材有更高的疲劳裂纹扩展抗力.     

CMT焊接技术在钛合金方面的应用研究

CMT(Cold Metal Transfer)冷弧焊是一种新型的熔化极气体保护电弧焊方法。该方法通过采用数字化电源和过程的精密控制技术,使得在焊接过程中可大幅度降低焊接热输入量,从而减小焊接残余应力和焊接变形。本文通过对不同厚度钛合金的CMT焊接研究,在坡口制备、焊接参数等方面确定了技术要求,成功应用于不同规格厚度的钛合金的规模化生产。     

不锈钢和钛合金异种金属焊接研究进展

不锈钢和钛合金异种焊接在化工、航空和核工业等领域均有广泛的应用,但不锈钢和钛合金因理化性能的差异,焊接界面常形成大量脆性金属间化合物,无法得到优质的焊接结果。以扩散焊、激光焊和电子束焊为主总结了不同焊接方法的工艺参数和接头组织成分对不锈钢和钛合金焊接质量的影响,展望了不锈钢与钛合金异种金属焊接的发展趋势。     

ZL101A/SiCp/20p电子束焊接工艺研究

研究了颗粒增强铝基复合材料ZL101A/SiCp/20p的电子束焊接工艺.研究表明,直接采用电子束焊焊接该类材料,难以获得焊缝成形.采用富Si非增强中间层,通过熔化中间层间接熔化两侧SiCp/Al,得到了较理想的焊缝成形.为获得良好焊缝成形,应合理选取中间层厚度、焊接速度和焊接电流及聚焦方式.采用非增强中间层电子束焊接气孔问题较突出.气孔主要发生于部分熔化的热影响区,快速焊接能使气孔形成受到部分抑制.     

CMT焊接技术在钛合金领域的研究现状

介绍了CMT焊接技术在钛合金领域的工作原理及研究现状.与普通TIG/MIG焊相比,CMT焊具有热输入小、无飞溅等突出优点,实现了熔滴到熔池的冷过渡,能够大幅度减小焊接热输入量,进而实现钛合金高精度、高质量焊接.目前CMT焊接技术研究多集中于异种金属的连接,尚未系统开展工业用钛合金CMT焊接机理、工艺和接头组织性能研究.这也成为了未来钛合金焊接技术的发展方向.     

厚板钛合金窄间隙TIG焊接过程中温度场分析

窄间隙条件下,TIG多层焊的方式焊接52 mm厚TC4钛合金板。以焊接层为周期,利用温度采集器和计算机对焊接试板背侧的温度进行采集。绘制焊接温度随焊接时间及焊接层数的变化曲线,分析厚板钛合金焊接温度场。总结厚板钛合金焊接温度场随焊缝厚度的变化规律,发现在焊接层厚度超过37 mm后,焊缝背侧不再需要焊接保护。     

Ti40阻燃钛合金电子束焊接头组织与力学性能

采用不同工艺参数对2 mm厚Ti40阻燃钛合金进行电子束焊接(EBW),通过金相分析、电子探针(EPMA)、室温拉伸以及显微硬度测试对Ti40阻燃钛合金电子束焊接接头的显微组织和力学性能进行分析.结果表明,焊缝中分布着晶粒内部有片层状组织析出的β柱状晶和少量等轴β晶粒,熔合线到焊缝中心晶粒逐渐细化,无明显热影响区.接头中易产生气孔、裂纹等缺陷,通过添加直线扫描波形能够有效地控制焊缝气孔缺陷,从而提高接头的强度.添加直线扫描波形电子束焊的Ti40阻燃钛合金的抗拉强度仍可达到917 MPa,断口呈现出脆性断裂与韧性断裂的混合特征,焊缝区的硬度高于母材,其最大值为376HV.     

新型钛合金血管内支架研究

钛合金血管内支架由钛合金管经激光雕刻而成，此类支架血管壁之间是面接触，能够提供较高的径向支撑强度．对新型钛合金血管内支架的加工、表面处理、性能测试、生物学评价等4个方面做了系统研究．激光雕刻后的钛合金血管支架通过机械、电化学等方法进行表面处理后，经测试，得出：钛合金血管内支架柔韧性好、支撑力强，回缩率低，整体性能达标，且具有优良的生物相容性，再狭窄率低，符合现有国际支架的标准。     

电磁成形技术在钛合金板材成形中的应用

钛合金是航空航天领域主要的轻质结构材料,强度高,但不易成形且回弹大,而电磁成形技术的发展为钛合金零件的精密高效成形提供了新的有效途径.从高速增塑、成形工艺、数值仿真3个方面综述了电磁成形技术在钛合金板材成形的应用研究情况,并结合笔者的研究经历对钛合金电磁成形中存在的问题进行了简要分析.在此基础上,着重综述了电磁成形技术下材料的成形性能与变形机理,进而综述了钛合金电磁胀形、电磁翻边工艺研究进展,并介绍了钛合金电磁成形多物理场耦合仿真技术,最后对未来钛合金板材电磁成形技术的发展进行了展望.电磁成形技术可以提高钛合金板材的成形性能;厚度接近集肤深度的高导电性低强度板材是优质的驱动片.为了进一步促进电磁成形技术在钛合金板材成形中的应用,需要开发更高强度的磁体线圈以及更优的驱动方式.     

钛合金平板电子束焊接残余应力的小孔法测量

采用小孔法对TC11平板真空电子束焊接接头的残余应力进行了测量,结果发现,其残余应力为以纵向残余应力为主的单向拉伸应力状态,横向残余应力数值较小,同时还将测量结果与有限元结果进行对比分析,证明了有限元模型的合理性和可靠性。     

ZTC4钛合金铸件组织晶粒度测定及评估方法研究

目的 针对大型复杂精密钛合金铸件等飞机关键结构件组织和性能的评估,提出了一种ZTC4钛合金铸件组织晶粒度的评估及分析方法。方法 通过对各类钛合金典型铸件的结构复杂性、凝固过程等关键因素进行分析,对铸件组织随机取样、试样制备与试样显示、试样检验、图像自动拼接、晶界描绘、图像处理测量和数据统计分析的组织定量表征方法。结果 确定铸件在取样过程中需要关注的重要因素,如壁面厚度变化、筋板的交接状态、铸型的种类以及浇冒口位置等,建立了反映铸件上性能的取样原则,建立了基于像素统计的组织定量表征方法,涵盖了晶粒最大尺寸、最小尺寸、平均尺寸和晶粒不规则度等指标。结论 该方法可以真实、准确、定量地反映钛合金铸件的显微组织特征,为钛合金铸件的综合评估提供基础数据支撑。     

TB8钛合金直壁方形盒多道次渐进成形壁厚分布的试验研究

目的 改善直壁方形盒制件在传统成形路径中厚度减薄严重的问题。方法 采用一种上下交替往复成形轨迹的方法对TB8钛合金直壁方形盒进行试验研究,分析不同成形轨迹下制件壁厚的变化规律,测量直壁方形盒的最大减薄情况,并在此基础上讨论减薄程度与制件口部翘曲间的相关性。结果 采用上下交替往复成形轨迹的方法能使制件壁厚减薄程度减轻、壁厚分布更加均匀且壁厚突破正弦定律,经测量制得的TB8钛合金直壁方形盒的最大减薄率为42.6%,比经自上而下成形轨迹的成形方法制得的TB8钛合金直壁方形盒的最大减薄率降低了23%,同时能有效减轻制件口部翘曲程度。结论 上下交替往复成形轨迹的成形方法是改进传统自上而下成形方法制作直壁方形盒的有效途径。     

TOFD技术在钛合金焊缝检测中的应用

本文介绍了相控阵检测方法和超声TOFD检测方法以及他们的差别,根据钛合金超声检测特性及其相关标准的使用情况,结合相控阵在钛合金厚板焊缝检测试验的经验,论述了钛合金厚板焊缝超声TOFD检测方法的可行性,结果表明,超声TOFD检测方法和相控阵检测方法能够对钛合金厚板焊缝缺陷进行有效识别、定位、定量检测且检测灵敏度和检测效率...     

铝锂合金电子束焊接数值模拟分析及工艺优化

采用组合热源模型对Al-Li合金电子束焊接温度场分布进行数值模拟分析,通过热-力耦合,模拟计算得到接头区域的残余应力分布.结果表明,Al-Li合金电子束焊接温度场沿焊接方向呈椭圆形分布,电子束热源中心的温度最高,其附近区域的等温线分布密集,随着与热源中心的距离增大,等温线分布逐渐稀疏,焊缝区存在较大的温度梯度,较好地模拟出了电子束焊缝的钉形分布特征.接头的残余应力分布模拟结果显示,残余应力主要集中于焊缝区,由于修饰焊的热作用,焊缝上部具有相对较大的应力值.利用模拟计算得到的结果进行焊接工艺及参数优化,焊接工艺试验表明,试验焊缝形貌与模拟熔池形貌相吻合,进一步验证了模拟计算结果的可靠性.     

Numerical investigation on the variation of welding stresses after material removal from a thick titanium alloy plate joined by electron beam welding

The stress modification after material removal from a 50 mm thick titanium alloy plate jointed by electron beam welding (EBW) was investigated through the finite element method (FEM). The welding experiment and milling process were carried out to experimentally determine the stresses induced by EBW and their modification after local material removal. The modification of as-welded stresses due to the local material removal method and the whole layer removal method was discussed with the finite element analysis. Investigated results showed that with less materials removal from the top, the stresses on the bottom surface remain almost unchanged; after material removal from the top and bottom part, the transverse stress on the newly-formed surface decreases significantly as compared to the as-welded stresses at the same locations; however, the stress modification only occurs at the material removal region in the case of local region removal method; the longitudinal stress decreases with the whole layer removal method while remains almost unchanged with the local region removal method.