TC4钛合金激光焊接接头力学行为的原位研究

采用扫描电镜(SEM)原位拉伸法观察TC4钛合金激光焊接接头各微区孔洞形核与成长、损伤与断裂行为,研究接头微观组织对其损伤和断裂行为的影响。结果表明:焊缝区裂纹形核于晶内孪晶、滑移线与晶界交汇处,主裂纹形成直至最终断裂;热影响区多裂纹起裂,单一裂纹扩展至最终断裂;母材区孔洞优先形核于相界面及晶界区域,缺口前端孔洞群相互贯穿直至最终断裂。当应变超过0.023时,母材区及热影响区靠近母材一侧从协调变形向以界面微孔洞的行核与聚合为主转化;焊缝区粗大晶粒内部网篮状马氏体存在且晶界面积较小,导致变形机制未发生改变,促使其力学性能低于焊缝的。     

中厚板TC4钛合金真空环境激光焊接特性

在大气和真空环境下使用光纤激光器对TC4钛合金进行焊接,分别对不同激光功率焊接焊缝形貌和组织进行观察,并对性能进行测试分析. 结果表明,真空环境激光焊接焊缝成形更加良好,可明显提高焊缝熔深,增大焊缝深宽比,抑制焊接过程中的飞溅,极大减少焊缝中的气孔缺陷. 大气环境与真空环境焊缝组织特征差别不大,真空环境热影响区宽度明显减小. 两种环境下焊缝显微硬度均呈马鞍形分布,焊缝熔化区硬度最高的特点,大气环境焊缝平均硬度约为390 HV,高于真空环境焊缝平均显微硬度8.3%. 对焊缝进行拉伸强度测试,拉伸试件全部断裂于母材部位,试件的抗拉强度为960 ~ 980 MPa.     

TC4钛合金激光焊接技术研究进展

激光焊接技术作为当前一种高效、优质焊接新技术的典型代表具有高质、高效、高稳定性、低变形等技术优势,拥有广泛的应用领域。总结了国内外激光焊、激光填丝焊、激光-电弧复合焊接TC4(Ti-6Al-4V)钛合金时,焊接参数对焊缝成形的影响,并且分析了激光-电弧复合焊金属蒸气等离子体的作用机制、复合热源的相互作用模式及熔滴过渡和熔池动力学,重点探讨了焊缝及热影响区典型微观组织及其转变过程,为激光焊接技术在TC4钛合金实际工程应用推广提供理论支撑。     

TC4钛合金激光拼焊接头显微组织及力学性能分析

文中系统分析了TC4钛合金激光拼焊接头的显微组织与力学性能.结果表明,TC4钛合金激光焊缝组织为粗大的柱状晶,晶粒内部是针状马氏体交织成的网篮状组织;热影响区组织为α+β+针状α′组织,且分布不均匀,靠近熔合线的区域晶粒更粗大,针状马氏体数量更多分布更密集.0.8 mm厚TC4钛合金薄板拼焊工艺参数为焊接功率1100～1 300 W,焊接速度1.5～3.0 m/min.焊缝力学性能优良,拉伸试样均断裂于离焊缝中心较远的母材上,母材和焊缝断口形貌都显示韧窝断口特征,且焊缝断口韧窝相对更较小.     

TC4钛合金水下湿法激光焊接焊缝组织与性能

使用光纤激光器对TC4钛合金进行了水下湿法激光焊接试验,通过在TC4表面预置焊接辅助剂实现了增加水下湿法焊接熔深的同时对焊缝进行保护的目的. 对焊缝的微观组织和力学性能进行了分析,结果表明,预置焊接辅助剂后,焊缝熔深增大,焊接阈值增加,焊缝中裂纹减少. 焊缝中心主要由初生α和马氏体组织α'相组成,在熔池底部还保留有粗大的β晶界,焊缝由于水的急冷作用出现了淬硬组织,显微硬度远高于TC4母材. 水下焊接拉伸试验试件均断裂在焊缝处,焊接接头平均抗拉强度值为439 MPa,呈现为脆性断裂.     

TC4钛合金激光焊接接头组织与性能

分析不同激光焊接工艺参数下焊缝的微观组织特征,并测试焊缝的力学性能.结果表明:TC4钛合金激光焊接焊缝为针状马氏体α'组成的网篮组织和少量α'相;随着焊接热输入量的增加,由于熔池搅拌、焊接应力、合金元素烧损等原因,马氏体的分布更加散乱和密集;焊接工艺参数对焊缝相组成和各相相对含量的影响均不显著.合理的焊接工艺参数下,接头的强度高于母材.     

TC4钛合金电子束焊接接头组织和性能

通过室温拉伸、室温缺口拉伸、显微硬度以及金相分析对TC4钛合金电子束焊接接头的显微组织和性能进行了研究。试验结果表明，用电子束焊接TC4钛合金可获得性能良好的焊接接头，其接头的抗拉强度不低于母材，焊缝的缺口敏感系数均小于1。焊缝区和热影响区的硬度均高于母材，焊缝组织是由较粗大的原始β相转变而成的α′相，即针状马氏体，热影响区组织为均匀且细小的针状马氏体和原始α相的混合物。     

TC4钛合金激光对接接头超塑变形显微组织研究

通过高温拉伸试验研究TC4钛合金激光对接接头超塑性变形,用金相显微镜观察了超塑性变形前后母材及焊缝显微组织,并测量了变形前后焊缝截面的显微硬度。结果表明:激光焊接接头能够承受高温拉伸,随着变形温度的提高或应变速率的降低,母材晶粒发生一定程度的长大,β与α两相比增加。在高温超塑性变形作用下,焊缝的针状组织增厚成为片层状,并发生局部区域球化。激光焊接接头性能优良,超塑性变形后焊缝截面显微硬度约380HV。     

TC4钛合金激光焊接接头高温热处理后的显微组织研究

研究了TCA钛合金激光焊接接头经高温热处理后的显微组织,结果表明:由于在TCA合金相变点附近温度进行热处理能极大提高其合金元素的扩散速率,激光焊接接头中的马氏体α'随热处理时间的延长而更粗大,且分布更杂乱;热处理前后焊缝截面显微硬度均自焊缝中心向热影响区逐渐降低,热影响区显微硬度低于母材.与原始接头显微硬度值相比,经历高温热处理后接头的显微硬度降低约60HV左右.     

TC4钛合金电弧超声TIG焊

进行了TC4电弧超声TIG焊接与传统TIG焊，利用X射线探伤检测接头质量，金相显微镜和SEM观察接头组织和断口，利用万能试验机测试接头拉伸性能。结果表明，严格按照航空标准进行TC4常规TIG焊与电弧超声TIG焊，所获得的接头均达到航空一级；随着加入超声频率的增加，激励电压的增大，电弧超声TIG焊焊缝组织细化、等轴化，枝晶破坏痕迹不明显，接头抗拉强度、屈服强度和延伸率均有所提高。     

TC4合金激光焊接工艺参数与接头组织性能研究

用OM、SEM等手段分析了不同激光焊接工艺参数下焊缝成形和其微观组织特征，并测试了焊缝的力学性能。结果表明：0．8mm厚钛合金板激光穿透焊离焦量范围约在-2mm～＋2mm之间，最佳离焦量为-0．5mm。随焊接线能量的增大，焊缝熔宽和背面宽度都呈增大趋势，且背面宽度的增加更为显著。TC4合金焊缝为针状马氏体α′组成的网篮组织。随着焊接热输入量的增加，马氏体的形态由平行的单相针转变为多相针，分布更加密集和散乱。不同焊接工艺参数下接头的强度均高于母材，塑性低于母材。     

大厚度TC21钛合金电子束焊接试验

对56mm厚TC21钛合金进行了电子束对接试验,对接头显微组织和力学性能进行了研究.结果表明,接头焊缝区组织形态以柱状β晶粒为基体,针状的马氏体弥散其中;热影响区从焊缝到母材分为三个区域,依次为等轴再结晶β晶粒区、片状和针状а相形成的魏氏组织区以及片状α相聚集长大的区域;熔合区内柱状晶与等轴晶联生.接头强度达到母材水平,断裂发生在母材内,接头厚度方向性能一致.接头塑性损失较大,只达到母材的50%左右.接头焊缝区硬度最高,其次是热影响区的等轴晶区和魏氏组织区,而热影响区内片状α相聚集长大的区域硬度值最低.

Abstract：

Electron beam welding of TC21 56 mm titanium alloy was carried out. The microstructure and the mechanical properties of welded joints were analyzed and tested. The results showed that the weld zone consisted of the columnar β gains, and in which the transgranular acicular α' martensite were dispersedly distributed. HAZ can be divided into three parts from base metal to weld zone, which are the equiaxed recrystallized β grain zone, Widmanstaten structure zone formed by lamellar and aeicular α phases and lamellar a phase coarsening zone. Fusion zone consists of the adnate columnar and equiaxed grains. Tensile strength of joints reaches to that of base metal and the failure appears in the base metal. The mechanical properties are uniform along the vertical direction. Plasticity in the welded joint is greatly decreased and only up to 50% of that of the base metal. The microhardness in weld zone is the highest, and that of the equiaxed grain zone and Widmanstaten structure zone in HAZ is higher, and the microhardness in columnar a phase coarsening zone is the lowest.     

热处理对TC4钛合金电子束焊接件组织性能的影响

对分别处于退火和固溶时效态的TC4钛合金进行电子束焊接,焊后采用不同的热处理工艺,利用光学显微镜(OM)及X射线衍射(XRD)的方法对这两种TC4焊接件的微观组织及相组成进行了分析,并进行力学性能试验.结果表明,两组试件母材组织均为α相和β相转变组织的机械混合物,但状态和分布不同;退火态试件的热影响区为粗而短的针状α相和少量初生α相,焊缝为单一板条α'马氏体,粗大且分布均匀,属于典型的网篮状组织,而固溶态试件热影响区中的针状α马氏体细小且分布不均;焊缝主要为粗大原始β晶粒内针状回火α'马氏体及晶界α相.这两组试件的抗拉强度及冲击韧度均高于母材,但退火态试件抗拉强度高于固溶态试件,冲击韧度略低于后者.     

Double-sided gas tungsten arc welding process on TC4 titanium alloy

TC4 titanium alloy was welded by double-sided gas tungsten arc welding（GTAW） process in comparison with conventional GTAW process, the microstructure and mechanical performance of weld were also studied. The results indicate that double-sided GTAW is superior over regular single-sided GTAW on the aspects of increasing penetration, reducing welding deformation and improving welding efficiency. Good weld joint was obtained, which can reach 96.14% tensile strength and 70.85% elongation percentage of the base metal. The grains in heat-affected zone（HAZ） are thin and equiaxed and the degree of grain coarsening increases as one moves to the weld center line, and the interior of grains are α and α′ structures. The coarse columned and equiaxed grains, which interlace martensitic structures α′ and acicular α structures, are observed in weld zone. The fracture mode is ductile fracture.     

Ti-43Al-9V-0.3Y/TC4异种材料电子束焊接(EBW)

分析了Ti-43Al-9V-0.3Y/TC4异种材料电子束焊接接头的形貌特征、相组成及工艺参数对接头抗拉强度的影响.焊缝区凝固组织以粗大的柱状晶为主,其相组成包括TiAl相、TiAl相、B2相和YAl2相.TC4侧焊缝粗大的柱状晶是以母材中的晶粒为基体连生长大的,热影响区为等轴粗大的α β组织,晶粒尺寸过渡较大.TiAl侧近缝区为一条浅色的耐腐蚀带,几乎由单一的B2相组成.分析了焊接工艺参数对接头抗拉强度的影响,焊接速度的变化对抗拉强度的影响不大,而随束流的变化抗拉强度存在峰值,在试验范围内得到的最高接头强度为209.8 MPa.     

TC4钛合金惯性摩擦焊接头塑性金属流动行为研究

分别对相同焊接面积和不同焊接面积的TC4钛合金棒材进行惯性摩擦焊试验,通过镶嵌标示材料的方法,探讨了其焊缝附近塑性金属的流动行为。研究表明,在焊接过程中,焊缝附近塑性金属呈两种运动方式:焊缝面的水平圆周运动和焊缝厚度方向的螺旋前进运动。当焊接面积相同时,塑性金属在摩擦扭矩、顶锻压力和"X"形焊缝的作用下,以螺旋的流动方式向焊缝流动。外缘塑性金属最先流出焊缝形成最初的飞边,随后内部金属流出形成接近焊缝的飞边。当焊接面积不同时,在摩擦扭矩、顶锻压力和"弧"形焊缝的作用下以螺旋的流动方式向焊缝流动,细端外缘塑性金属最先流出焊缝形成最初的飞边,随后细端内部金属流出形成接近细端焊缝的飞边,当细端飞边达到与粗端焊接面积相同时粗端才会出现飞边。     

1420铝锂合金激光焊接气孔抑制技术

分别采用气体和固体两种类型、三台激光器对1420铝锂合金消除气孔的焊接工艺进行了试验研究.结果表明,1420铝合金表面氧化膜对产生气孔有很大影响,化学清理可以获得气孔较少的焊缝.保护气体种类、气体流量、焊接速度对1420铝锂合金气孔都有影响.适宜的双激光束焊接工艺可以获得成形美观且无气孔的优质1420铝锂合金焊缝,是1420铝锂合金焊接较为理想的焊接工艺.