焊后热处理对31CrMoV9钢电子束焊接接头组织及性能的影响

研究了31CrMoV9钢电子束焊接接头在焊后去应力退火、焊后调质两种不同焊后热处理状态下的焊缝组织与性能,并与同等强度等级下的母材组织与性能进行了对比研究。结果表明,接头焊后组织为板条马氏体及少量残留奥氏体;焊缝经调质处理后,组织为相对均匀的回火索氏体,接头力学性能与母材相当,相比于焊后去应力退火处理,焊缝冲击性能大幅提高。两种类型的焊后热处理均未消除焊缝柱状枝晶等凝固组织形态,但焊后调质工艺可减轻焊缝柱状枝晶组织偏析,并使之细化,使得焊缝与母材的组织与硬度更加均匀;焊后经多次重复淬火,焊缝经检测均未见裂纹,说明焊后采用调质工艺可行,这为提高焊缝冲击性能提供了可行工艺路线。     

消除应力回火对30CrMnSiNi2A真空电子束焊接头组织和力学性能的影响

针对30CrMnSiNi2A超高强度钢结构件真空电子束焊后消除应力回火工艺,开展了重复回火对锁底焊接接头最终热处理状态的组织与力学性能影响研究。试验结果表明,焊接零件分别经过一次、三次消除应力回火,其最终态拉伸性能与直接最终热处理30CrMnSiNi2A原材料相比有少量提升,同时焊缝的拉伸性能略高于母材;原材料、一次消除应力焊件、三次消除应力回火焊件终态显微组织均为板条状马氏体,除组织均匀性和马氏体形貌略微变化外,无显著的组织及成分差异;相比于母材的疲劳极限,一次消除应力回火接头疲劳极限降低了11%,三次消除应力回火接头疲劳极限降低了18%。     

TC17钛合金电子束焊接接头的疲劳裂纹扩展规律及疲劳剩余寿命

首先通过试验取得母材及焊接接头的疲劳裂纹扩展速率,然后结合TC17钛合金电子束焊接接头CTOD试验结果及裂纹容限计算值,以估算其疲劳剩余寿命.结果表明:在低应力水平或低△K下,TC17电子束焊缝的da/dN数据与母材的基本相当;然而随着应力水平的增加,焊缝的da/dN值越来越大.在初始裂纹尺寸相同的情况下,TC17合金电子束焊缝与母材疲劳裂纹扩展寿命曲线存在交叉点.当应力幅大于交叉点应力幅时,TC17母材疲劳裂纹扩展到临界裂纹尺寸的剩余寿命要高于相应焊缝的剩余寿命;当应力幅小于交叉点应力幅时,TC17母材扩展到临界裂纹尺寸的剩余寿命要低于相应焊缝的剩余寿命.     

TC4-DT电子束焊接头显微组织及疲劳裂纹扩展行为

在光学显微镜下对TC4-DT钛合金电子束焊接头显微组织进行了分析,讨论了接头不同位置显微组织特征.比较了疲劳裂纹始于焊接接头不同位置时的宏观裂纹扩展路径及裂纹扩展速率,依据焊接接头显微组织特点讨论了显微组织对疲劳裂纹扩展行为的影响.结果表明,电子束焊接头沿熔深方向显微组织存在一定的差异;文中条件下,与母材区相比焊缝熔合区及热影响区具有较高的疲劳裂纹扩展抗力,导致裂纹扩展路径逐步偏向母材区,最后讨论了裂纹扩展路径的偏折对裂纹扩展速率的影响.     

TC4钛合金电子束焊接接头相变的热力学特征

阐明了TC4钛合金电子束焊接接头相变的热力学特征,从热力学角度分析了TC4钛合金电子束焊接接头在不同的热处理条件下形成不同组织结构的机制,为通过改变热处理制度控制TC4钛合金电子束焊接接头相变的方法,提供了理论基础.结果表明,TC4钛合金电子束焊接接头的相变驱动力来源于新相马氏体和母相的化学自由能差,形成的马氏体贯穿整个晶粒,并且其取向呈一定的角度;低于MS点的焊后热处理只能使马氏体长大,而高于MS点的焊后热处理不仅使马氏体长大,还使部分β相成为饱和固熔体,并残留在马氏体片层之间.     

微量氢对电子束焊接TA15钛合金疲劳寿命的影响

对TA15钛合金电子束焊接试样进行充氢,研究了充氢对显微组织形态的影响,并对微量氢对TA15疲劳寿命影响进行考察。显微组织研究表明:充氢量低于0.105%(质量分数)时,氢以固溶态存在于合金中,并未形成氢化物。疲劳试验结果表明:随充氢量的增加,疲劳寿命大幅下降;这是由于微量氢的存在降低了TA15合金的韧性,固溶氢增加了疲劳裂纹的扩展速率,且氢通过影响裂纹尖端的性能加速疲劳裂纹扩展。焊缝区马氏体束呈团状结晶,且以团为单位统一变形,导致断口上呈团簇形态;且氢对马氏体团疲劳扩展中的行为有一定影响。     

电子束焊接对调质15CrMnMoVA高强钢组织及性能的影响

为实现高淬火倾向的航空高强钢材料的高质量接头,以15CrMnMoVA高强钢为研究对象,进行了电子束焊接工艺试验研究;针对不同结构的电子束焊接接头,分析了焊缝显微组织特征、焊接接头的显微硬度分布和力学性能,探讨了电子束焊接工艺对接头组织性能的影响。结果表明,15CrMnMoVA钢的焊缝中心形成了网篮状马氏体组织,其显微硬度为典型的马鞍形分布。不同锁底结构的电子束焊接接头的拉伸性能基本都与母材相当,但其疲劳性能差异明显,锁底长度为1.5 mm时焊接接头的疲劳性能较好。     

力学失配对电子束焊接接头疲劳裂纹扩展行为的影响

研究了高温合金电子束焊接接头区的疲劳裂纹扩展行为,深入分析了接头区力学失配对疲劳裂纹扩展方向及疲劳裂纹扩展速率的影响规律。结果表明,由于力学不均匀性的影响,电子束焊接接头的疲劳裂纹扩展具有不稳定性,位于高匹配焊接区的疲劳裂纹偏离原裂纹扩展方向,跨越焊接区与母材,呈复合型扩展;焊接区疲劳裂纹的集团使得裂纹尖端有效应力强度因子减小,因而焊缝区裂尖局部有效裂纹扩展驱动力下降,导致接头的疲劳裂纹扩展速率下     

TA12钛合金电子束焊接接头性能和断口分析

利用电子束焊接方法,焊接厚6mm的TA12钛合金板材.通过拉伸实验、持久实验和疲劳实验对焊接接头的力学性能进行研究,同时对疲劳断口进行分析.结果表明:在室温和550℃时,焊接接头强度与母材相当;在室温时,焊接接头的塑性与母材存在明显差异,焊接接头的延伸率与母材相比有所下降;而在550℃时,焊接接头塑性与母材相当或略大....     

热处理对1Cr18Ni9Ti与2Cr13钢板焊接接头耐腐蚀性的影响

通过填丝钨极氩弧焊方法对1Cr18Ni9Ti与2Cr13钢板进行焊接,并对焊接接头进行焊后热处理.采用SEM对焊接接头热处理前后的组织进行观察及分析;采用模拟海水浸泡试验,测量了焊接接头的交流抗阻和极化曲线.结果表明,1Cr18Ni9Ti和2Cr13钢板焊接接头热处理前焊缝为典型的柱状晶,组织为板条马氏体+奥氏体+第二...     

TC11钛合金电子束焊接接头超高周疲劳性能

采用天津大学自行研制的TJU-HJ-I型超声疲劳试验系统研究了TC11钛合金电子束焊焊接接头的超高周疲劳性能. 试验结果表明,TC11钛合金电子束焊接接头在107周次以上仍然会发生疲劳失效,S-N曲线呈现连续下降的趋势,没有明显的转折. 试件的断裂位置大多数为母材处,焊缝和热影响区的疲劳性能要比母材好,这与焊接接头的微观组织有关. 通过SEM对超声疲劳断口形貌进行观察发现,断裂试件的疲劳裂纹大部分在表面萌生,然而在应力范围较低时,疲劳裂纹的萌生位置有从表面转向次表面的趋势.     

ULCB钢电子束穿透焊组织与性能

为了进一步探索ULCB钢的焊接性能,采用真空电子束穿透焊不同束流强度对14 mm钢板对接接头进行了焊接,通过焊缝形貌比较,束流强度为100 mA时,接头焊缝成形最好,选取该接头做了拉伸、硬度、冲击试验及金相组织分析.结果表明,拉伸试样的断裂区域在母材区,抗拉强度为761 MPa、屈服强度为669 MPa,硬度范围在270~330 HV;冲击试样的断裂区域在热影响区,焊缝区平均冲击功为288 J,热影响区平均冲击功为273 J;接头显微组织中,焊缝区和热影响区产生了α'马氏体相,使焊缝区和热影响区产生相变强化,导致焊接接头的强度和硬度均高于母材.     

马氏体含量对双相钢焊点拉拉疲劳性能的影响

焊点的疲劳性能是决定车身安全性和可靠性的重要因素. 对不同强度的DP780,DP980和DP1180双相钢焊点进行了检验,在疲劳试验机上进行了拉剪疲劳试验,获得了焊点的疲劳寿命曲线,分析了焊点显微组织、硬度与疲劳性能的关系. 并对焊点的疲劳失效进行了分析. 结果表明:母材性能对其焊点的疲劳性能有较大影响. 母材强度越高即马氏体含量越多,其疲劳性能越优异,三种材料的失效模式均是沿着焊点圆周断裂,裂纹在熔核与母材交界的热影响区萌生,且先贯穿板厚,贯穿板厚的裂纹作为二次裂纹源向板宽方向扩展直至断裂.     

FV520B钢十字焊接接头的疲劳性能

用金相显微镜和扫描电镜观察了FV520B钢焊接接头母材、焊缝及热影响区的微观组织;并通过透射电镜给出了母材和焊缝的微观形貌。结果表明:母材组织为细小均匀的回火马氏体、弥散分布的析出相及高密度位错,而焊缝为粗大的板条马氏体及少量的析出相,说明母材力学性能优于焊缝。利用疲劳实验获得了高平均拉应力下接头的疲劳强度及S-N曲线等。通过对疲劳断口的观察,发现疲劳断裂主要有两种形式:破坏于焊趾处和焊接缺陷处,由于这里严重的应力集中,加速了疲劳裂纹的萌生。     

激光焊接热输入对Ti2AlNb合金组织性能的影响

研究激光焊接热输入对Ti-22Al-27Nb(at%)合金焊缝成形和力学性能的影响,利用OM、SEM、XRD和TEM等手段对焊接接头的显微组织特征进行了分析,并探讨了焊后热处理对焊接接头组织性能的影响。结果表明,连续激光焊接可以获得无缺陷、成形良好的焊接接头。焊缝区域组织主要为柱状的B2相,柱状晶的生长方向垂直于熔合线。焊缝和热影响区的显微硬度要高于母材,焊缝的平均显微硬度最高。随着热输入的增加,焊接接头的室温抗拉强度增加,但是焊接接头的延伸率较低。焊接接头650℃高温强度为母材的71%~75%,塑性则仅为母材塑性的40%左右。经过焊后热处理,焊缝由B2+O相组成。O相增多使得焊缝的室温强度略有提高,且提高了650℃高温拉伸性能,高温抗拉强度最高可达母材的87.5%。     

电磁耦合处理对Ti2AlNb合金电子束焊缝疲劳寿命的影响研究

在航空发动机机匣的焊接过程中,焊缝作为薄弱部位,将直接影响整个机匣的疲劳性能及服役寿命。通常采用焊后热处理消除焊接热应力,均匀焊缝组织,提高焊缝性能,但对于疲劳寿命的改善效果不明显。本研究创新性地提出电磁耦合处理技术,对热处理后的Ti₂AlNb合金电子束焊缝进行调控,提升焊接接头的疲劳寿命,同时研究了在电磁耦合作用下焊缝区材料组织演变规律。结果表明,焊缝疲劳极限由134.2MPa增至159.4MPa,提升18.8%。经电磁耦合处理后,焊缝区域的残余压应力最高提升128.7%。同时,在不改变材料组织和相成分的情况下,在材料内部生成位错墙与位错纠缠,疲劳裂纹源由表层移至次表层,疲劳裂纹扩展速度降低,使得疲劳性能提升。焦耳热效应、电子风力效应与磁致塑性效应的耦合作用促进了位错运动,同时增强了疲劳裂纹扩展障碍。本研究为提升焊缝疲劳寿命提供了一种新方法,并为电磁耦合处理提升焊缝疲劳性能提供了可行性依据。     

ON FATIGUE CRACK PATH DEVIATION AT ELEVATED TEMPERATURE IN ELECTRON BEAM REPAIRED WELDMENTS OF TURBINE DISK

Fatigue crack growth behaviors in electron beam weldments of a nickel-base superalloy are. studied. The objective of this paper is to discuss effects of the inhomogeneity of mechanical performance on fatigue crack growth (FCG) rate and crack path deviation (CPD). The base metal served in a turbine disk of aerospace engine was selected to fabricate bead-on-plate weldments by using electron beam welding. Some wedge-type opening loading specimens, notched in three different zone of weld metal, HAZ and base metal, were employed and performed fatigue crack growth tests at 650℃. The results show that the fatigue crack growth of electron beam welded joints is instable due to the influence of mechanical heterogeneities. Owing to the crack deviation at the weld metal and heat-affected-zone (HAZ), the effective growth driving force at the tip of fatigue crack was reduced with the reduction of the effective stress intensity factor (SIF) which finally causes fatigue crack rate decrease. Fatigue crack was strongly affected by size and the symmetrical characteristics of the plastic zone at the crack tip, which means that the integrity of the welded structure containing the fatigue crack mainly depended on the toughness of the low strenqth zone.     

2A14高强铝合金电子束焊接头缺陷分析

研究了2A14铝合金在电子束焊接中的主要缺陷,分析了焊接缺陷的形貌特点、形成原因和控制措施,为铝合金电子束焊接接头质量的提高提供了依据.结果表明,在铝合金电子束焊接头中的裂纹为结晶裂纹,增加电子束流搅拌以减少成分偏析,细化组织可减少裂纹的产生;彻底清除氧化膜、增加扫描频率、实施焊后重熔均可有效地减少焊缝气孔的产生;焊后重熔和增加搅拌同样对焊缝内的根部缩孔有一定的改善作用;在焊接结构上采取适当措施解决焊缝下榻;焊接接头的软化通过焊后热处理得到明显改善.     

Fatigue properties of welded joints using steel with high resistance to fatigue crack growth

It has been generally recognized that the fatigue life of welded joints is little influenced by the strength of steels owing to the high-stress concentration and the tensile residual stress near the weld toe. In this paper, improvement of the fatigue life of welded joints using steel with high resistance to fatigue crack growth (ferrite/martensite (F/M) steel) is investigated. F/M steel has a microstructure with an elongated and banded martensite phase distributed in a ferrite matrix and a fatigue crack growth rate of about one-half to one-tenth in the thickness direction, compared with conventional steel. As a result, the fatigue life of an out-of-surface gusset-welded joint increases with the decrease of the fatigue crack growth rate. The fatigue life of welded joints using F/M steel with the highest resistance to fatigue crack growth increases to about twice that of joints using conventional steel. Whereas the fatigue crack growth rate decreases significantly, the fatigue life of welded joints increases only slightly. This can be attributed to the stress ratio independent of the fatigue crack growth rate. In other words, the fatigue crack growth rate of F/M steel increases with the increase of the stress ratio, approaching that of conventional steel. In the case of welded joints, even if a fatigue test is carried out at a low-stress ratio, the region near the weld toe is under a high-stress ratio due to tensile residual stress. Therefore, improvement of the fatigue life of welded joints becomes comparatively small so that the effect of fatigue crack retardation of F/M steel decreases.     

轧制+增材TC4合金电子束焊接接头组织与性能

研究了一种电子束焊接规范对轧制+增材TC4钛合金焊接接头组织影响,分析了焊后钛合金力学性能.结果表明,轧制侧热影响区合金组织变化较大,离焊缝中心距离越近,β转变组织含量增加,晶粒逐渐转变为等轴晶组织,等轴晶内有集束状马氏体α'相析出,越靠近焊缝等轴晶尺寸越大;增材侧热影响区组织形态变化较小,β晶粒形态保持柱状晶形态,无等轴晶区产生,晶内组织转变为马氏体α'相.焊缝两侧热影响区显微硬度变化趋势相同,均为越靠近焊缝中心,显微硬度越高,焊接重熔区硬度最高,达400 HV左右.焊接接头力学性能与TC4钛合金锻件相当,且断裂位置均位于激光沉积母材区域.