钛合金窄间隙激光填丝焊接工艺及接头组织性能分析

采用自主研发的Ti-Al-V-Mo系钛合金药芯焊丝为填充金属,进行TC4钛合金板窄间隙激光填丝焊接工艺实验,研究激光功率、摆动参数、焊接速度和送丝速度等工艺参数对焊缝成形的影响规律;借助高速摄像系统研究焊接过程羽辉及等离子体特性,并对获得的焊接接头组织性能进行分析。研究结果表明：采用激光功率4.0 kW、圆形摆动模式、摆动频率100 Hz、摆幅2 mm、焊接速度0.42 m/min、送丝速度0.6 m/min的工艺参数组合下得到的焊缝成形良好,无明显外观缺陷;当焊丝末端与液态熔池接触距离为0 mm时,过渡方式为液桥过渡,可以实现焊丝熔化金属向熔池的稳定、有序过渡;该焊接工艺获得的20 mm厚TC4钛合金板窄间隙激光填丝焊接头组织性能良好。     

船用钛合金高效焊接工艺研究

本试验以板厚为4mm的Ti70和16 mm的TA5两种钛合金为焊接对象,对等离子弧焊(PAW)、激光焊(LW)及激光-MIG复合焊3种高能量密度高效率的钛合金焊接方法进行了初步的工艺探索,得到了性能优良的焊接接头,研究成果丰富了实船建造的钛合金焊接工艺。     

SUPERPLASTIC FORMING WITH DIFFUSION BONDING(SPF/DB)OF ALUMINIUM ALLOYS

铝合金的超塑成形和扩散焊接组合工艺(SPF/DB)在工程制造领域里具有巨大的潜在应用价值,在国际上很受重视。本文简要介绍了SPF/DB 的发展状况、工艺特点和应用前景,着重对这一工艺的难点—铝合金的扩散焊接工艺和理论问题进行了综述评论,提出了一些讨论性意见。     

铝合金的超塑成形和扩散焊接(SPF/DB)

铝合金的超塑成形和扩散焊接组合工艺(SPF/DB)在工程制造领域里具有巨大的潜在应用价值,在国际上很受重视。本文简要介绍了 SPF/DB 的发展状况、工艺特点和应用前景,着重对这一工艺的难点—铝合金的扩散焊接工艺和理论问题进行了综述评论,提出了一些讨论性意见。     

材料超塑性和超塑成形/扩散连接技术及应用

大量的工程材料都具有超塑性,以材料超塑性为理论基础的超塑成形/扩散连接技术是先进制造技术的一种,在航空航天等许多工业部门得到了越来越多的应用.分析了材料超塑性现象,超塑性变形机理研究进展,超塑成形/扩散连接技术的理论基础.以及超塑成形/扩散连接复合工艺的技术优势、研究进展和应用现状,并展望了超塑成形/扩散连接技术的发展趋势.     

TC4钛合金激光焊接应力变形有限元分析

基于ANSYS有限元分析软件,采用三维移动热源,对TC4钛合金激光焊接残余应力和变形进行了数值模拟和实验研究.结果表明:钛合金激光焊接产生很大的纵向残余应力,而横向残余应力较小.激光焊接线能量增加时,纵向残余应力拉伸区域变宽,峰值应力降低;而横向残余应力随线能量的增加而升高.在临界焊透规范以上焊接时,随焊接线能量的增大,角变形随之而减小,而横向收缩变形增大.焊件被完全穿透时,线能量对角变形的影响作用降低.钛合金激光焊接变形和残余应力实验结果与数值计算结果吻合性较好.通过焊缝金相实验分析了焊接残余应力和变形与线能量的内在关系.     

超窄间隙激光焊接TC4钛合金接头组织及性能研究

以TA2为焊丝,采用超窄间隙激光焊接方法焊接了10 mm的TC4钛合金板,间隙为2 mm。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和拉伸试验机分析了TC4钛合金接头的组织与性能。结果表明,选取合适的工艺可以实现TC4钛合金超窄间隙激光填丝焊接,获得无缺陷的焊接接头。接头由母材、热影响区、熔合区、焊缝组成,界线清晰。其中热影响区为网篮状组织,焊缝由大β晶粒组成,大晶粒内部为杂乱的α+α′相针状组织,热影响区晶粒明显细化。由于超窄间隙的啮合效应,接头最大抗拉强度为893 MPa,达到母材的84.7%,断裂位置在焊缝中心。焊缝区和热影响区的显微硬度高于母材,且在热影响区的显微硬度最大,接头整体显微硬度呈马鞍状分布。     

不锈钢与钛合金纳秒激光焊接工艺研究

目的 针对不锈钢与钛合金异种金属焊接时,容易产生间化合物,导致焊点拉力低的现象,通过纳秒激光焊接工艺来提高不锈钢与钛合金异种金属焊接的焊点拉力.方法 采用纳秒光纤激光器进行304不锈钢与TC4钛合金的焊接实验,通过激光运行螺旋线组成焊点,并对工艺参数进行正交试验,得到焊点拉力最大的工艺参数.结果 当激光功率为90 W,激光频率为600 kHz,焊接速度为200 mm/s,螺旋线间距为0.04 mm,脉冲时间为10 ns时,得到焊点拉力最大,为29 N.结论 采用纳秒光纤激光器进行不锈钢与钛合金的焊接时,由于激光与材料作用的时间极短,约为10 ns,熔池的温度也相对较低,产生的间化合物来不及生长,从而极大提高了焊点的拉力.     

TC4金字塔点阵结构的激光焊接及其平压性能

基于用高温节点下压法成形的TC4钛合金芯体,用面芯激光焊接制备了钛合金金字塔点阵结构。用响应曲面法优化激光焊接参数,实现了点阵结构面芯连接,分析焊接节点的微观组织并进行了点阵结构平压实验。结果表明：激光功率对焊接效果有显著的影响。点阵结构面芯激光焊接的优化工艺参数为：上面板的焊接功率为1.4 kW,下面板的焊接功率为1.2 kW,离焦量为30 mm,停留时间为1 s。在激光焊接热影响区发生了马氏体转变,分布着大量的针状马氏体;熔焊区的组织为粗大β相+针状α相。在焊接节点处,从熔焊区到母材的显微硬度随着马氏体相的减少而降低。根据平压实验结果分析了金字塔点阵结构变形和破坏的规律,桁架杆失效断裂发生在热影响区。用激光焊接制备的TC4钛合金点阵结构,其平压强度为3.09 MPa,平压模量为153.25 MPa。     

钛合金在航天飞行器上的应用和发展

主要介绍了高强韧钛合金、高温钛合金、低温钛合金和铸造钛合金及钛合金的先进成形技术在航天飞行器上的应用,指出了钛合金发展现状和趋势。其中对粉末冶金技术和超塑成形/扩散连接(SPF/DB)技术做了较详细的介绍。重点介绍了美国和俄罗斯的粉末冶金技术发展现状和我国粉末钛合金技术在多种型号产品研制中的应用情况。同时指出超塑成形/扩散连接新技术为克服钛合金成形昂贵又难以加工而受到限制的问题提供了新途径。     

Microstructure and superplasticity of laser welded Ti–6Al–4V alloy

In this paper laser beam welding (LBW) was used to join Ti–6Al–4V alloy as a pre-forming operation before superplastic deformation (SPF) process. Superplastic deformation behavior of laser welded Ti–6Al–4V alloy was investigated. The results indicated that the welded Ti–6Al–4V alloy had good superplasticity when deformed at temperature range of 870–920 °C and strain rate range of 10⁻³–10⁻² s⁻¹, and the elongation was 233–397%. The microstructure observation indicated that dynamic recrystallization happened in the weld bead, and the acicular structure of weld bead was transforming into equiaxed grains during tensile process.     

近红外光纤激光与蓝光半导体激光焊接紫铜工艺对比研究

目的 提高紫铜激光焊接接头的力学性能,并分析激光工艺参数对焊缝外观及焊缝微观组织的影响规律。方法 分别对蓝光半导体激光与近红外光纤激光焊接紫铜的工艺参数进行优化设计,采用光学显微镜观察焊缝的外观形貌,采用拉力机测试焊缝的抗拉强度,采用金相显微镜观察和分析焊缝的微观组织。结果 当采用近红外光纤激光进行焊接时,功率为2 000 W,焊接速度为20 mm/s,焊缝抗拉强度为156 MPa。当采用蓝光半导体激光进行焊接时,功率为500 W,焊接速度为20 mm/s,焊缝抗拉强度为246 MPa,达到母材抗拉强度的80%。结论 由于铜对蓝光波长的吸收率较高,当采用蓝光半导体激光进行焊接时,热量输入较低,焊缝的变形相对较小,并且焊缝中心各个方向上的温度梯度相同,容易形成等轴晶,有利于力学性能的提高。     

电弧电流对AZ31B/DP980激光诱导电弧焊接接头成形及力学性能的影响

采用激光诱导钨极惰性气体保护(tungsten inert gas, TIG)电弧焊接技术,在未添加任何夹层和镀层的条件下,通过优化工艺,获得了AZ31B镁合金和DP980高强钢高质量搭接焊接头,重点研究TIG电弧电流对焊接接头成形和力学性能的影响规律。结果表明：电弧电流的增大会提高镁合金在高强钢的润湿铺展能力,提升焊缝宽度的同时减小润湿角。镁合金/钢焊接接头的最大拉伸载荷随着电弧电流的增大先升高后降低,接头断裂模式由沿界面断裂转变为沿焊缝断裂。当TIG电流为80 A、激光功率为350 W时,焊接接头最大平均拉伸载荷达到279 N/mm。焊缝宽度和界面层厚度的增大以及激光匙孔的钉扎作用共同提升了镁合金/钢的接头性能。     

基于BP神经网络薄板P-PAW搭接的间隙自适应工艺参数优化

对大型LNG燃料薄膜舱中1.2 mm厚SUS304L不锈钢板薄板的搭接焊,存在的搭接间隙会带来焊缝成形不良等严重影响船舱安全性的问题。本文通过激光传感器检测搭接间隙变化,设计了不同的峰值电流和焊接速度在不同间隙下的工艺实验,研究了间隙对焊缝成形质量的影响机制;基于BP神经网络建立不同间隙下的脉冲等离子弧焊(P-PAW)的工艺参数和间隙及焊缝成形尺寸之间的拓扑关系模型,通过工艺实验获取模型的训练样本,实现了基于BP神经网络的间隙自适应工艺参数优化系统。结果表明,该系统实现了不同搭接间隙下进行实时工艺参数优化的功能,并对搭接间隙在0～0.6 mm变化时所带来的空洞等缺陷起到了有效的抑制作用,实现了良好的焊接成形一致性控制,提高了在LNG薄膜舱中不锈钢板焊接的自适应能力。     

Ni中间层对QBe2.5/钢激光点焊接头力学性能的影响

流量阀的执行机构常应用铍青铜/钢复合元件,本文采用0.05 mm纯Ni作为中间层对QBe2.5铍青铜薄片与20#钢异种金属激光点焊搭接接头力学性能进行优化.通过光学显微镜、拉剪试验、显微硬度计和能谱测试仪对比分析添加Ni与不添加Ni层时焊接接头的成形、力学性能以及元素分布.研究表明:与未加镍层接头相比,加镍中间层的焊缝熔深较小,且基本不出现下塌现象,加镍中间层比未加中间层的接头抗拉剪力提高了61.5%;加入镍中间层后的焊缝中Fe元素含量增加,而Cu元素含量降低,接头韧性提高;加镍中间层的接头焊缝硬度值沿焊点深度方向逐渐增大,而未加镍层的基本不变,且加镍层比未加镍层的接头界面显微硬度值低.镍中间层材料可以显著改善铍青铜/钢异种金属接头焊缝熔合比,提高接头的抗拉剪强度、塑性和韧性     

6063铝合金单模光纤激光焊接工艺研究

目的 针对采用脉冲激光点焊的6063铝合金焊点拉力较低,无法满足实际需求的问题,研究6063铝合金激光焊接的最优工艺方案,以提升焊点拉力.方法 采用单模光纤激光对6063铝合金进行焊接,通过极细的线宽组成螺旋点,代替单个脉冲激光点焊.对激光功率、焊接速度及离焦量等工艺参数进行正交实验,得到最佳工艺参数,并通过分析焊缝外...     

神经网络预测搅拌摩擦加工TC4超塑性行为

目的 研究搅拌摩擦加工工艺改性的Ti–6Al–4V双相钛合金的超塑性变形行为。方法 对360 r/min、30 mm/min工艺条件下搅拌摩擦加工处理的TC4钛合金在不同的变形条件下进行超塑性拉伸实验,在实验数据的基础上构建以变形温度、应变速率和晶粒尺寸为输入参数且以峰值应力为输出参数的3–16–1结构的BP人工神经网络模型。应用所构建的BP人工神经网络模型对不同变形条件的Ti–6Al–4V钛合金的超塑性行为进行预测。结果 BP人工神经网络预测的精准度较高,实验应力值与预测应力值吻合度较高,相关系数R=0.991 3,相对误差为1.91%~12.48%,平均相对误差为5.92%。结论 该模型预测的准确性较高,能够客观真实地描述Ti–6Al–4V合金的超塑性变形行为。     

表面处理对TC4钛合金激光焊接的影响

目的 为了提高TC4钛合金焊缝强度,满足实际生产的要求.方法 对TC4钛合金表面分别进行砂纸打磨、喷砂、涂覆石墨层以及激光扫描处理,然后采用2000 W光纤激光器对TC4钛合金进行拼接焊接实验.结果 对表面处理后的焊接焊缝熔深、抗拉强度进行了测试,结果表明,相对于未经过表面处理的焊缝熔深,采用表面处理后的焊缝熔深均增加了30％,焊缝抗拉强度均有增加,其中采用激光扫描处理后的焊缝抗拉强度达到最高的1106 MPa,超过了母材的抗拉强度.结论 激光扫描处理后,在材料表面形成的毛化现象,增加了材料对激光的吸收率,提高了焊缝的熔深,同时激光扫描过程中,未引入任何的杂质,不会产生裂纹及气孔,使焊缝的抗拉强度大于母材,满足实际生产要求.     

Processing of multi-sheet structures of an aluminum alloy by laser welding/superplastic forming

Multi-sheet structures of an aluminum alloy were fabricated through laser welding combined with superplastic forming technique in this paper. The novel welding design and bonding have been developed to improve the formation quality of the structure for the aluminum alloy. The laser welding microstructure of the fine-grained 5083 Al alloy was studied. The fine equiaxed grains with 1.5 μm in center zone of weld were observed by transmission electron microscope. Tensile tests show that ultimate tensile strength of the welded specimen is about 91% that of the base metal at 500 °C. The distribution in thickness within the formed structure was investigated. It reveals homogeneous deformation and well-bonding property of the structure. The present study verifies the feasibility of the processing procedures for the multi-sheet structures of an aluminum alloy.     

单束与双束串行激光填丝焊特性对比

以铝合金为研究对象,研究了双束串行激光填丝焊不同能量比对焊缝成形及焊缝气孔率的影响,并与单束激光填丝焊工艺进行对比。进一步借助高速摄像机对双束串行激光填丝焊能量比R为20/80以及单束激光填丝焊的熔池、匙孔以及等离子体的变化进行对比分析,获得了双束串行激光填丝焊能量比R为20/80时焊缝气孔率降低的原因。结果表明,对于双束串行激光填丝焊,当能量比R为20/80时焊缝气孔率较低。与单束激光填丝焊相比,双束激光填丝焊能量比R为20/80的焊缝气孔率降低了38%,而且焊接过程中焊丝熔化后沿熔池边缘流入,可大幅降低对匙孔的冲击作用,匙孔始终处于张开状态,焊接过程中等离子体的形态波动相对较小,表明焊接过程的稳定性较好。