TC4钛合金激光双光束焊T形接头疲劳性能及断裂机理

基于飞机机身壁板中T形接头在飞行过程中常因承受空气循环阻力而导致疲劳断裂的问题,分别采用激光双光束焊接技术和激光点焊接技术对TC4钛合金进行T形接头焊接,研究两种接头的显微组织特征、拉伸性能、疲劳性能及断裂机理。结果表明:利用两种不同激光焊接方法焊接后,熔合区组织均为针状α′马氏体组成的网篮组织;与激光双光束焊相比,激光点焊焊接接头网篮状组织中的α′网篮状组织的体积分数增大,针状α′马氏体尺寸增大且相间距减小。与母材拉伸性能相比,激光点焊接接头抗拉强度提高了5.5%,激光双光束焊接接头抗拉强度提高了5.8%。激光双光束焊接试件中值疲劳寿命提高2.23倍,主要原因在于网篮组织对焊接接头产生界面强化效果进而增加接头强度,而激光点焊试件的裂纹穿过焊点进入母材扩展导致试件的裂纹扩展抗力降低。     

超塑成形TC4薄板激光焊接头组织及性能研究

对1mm厚Ti6A14V钛合金薄板进行了激光焊接工艺试验,研究结果表明:激光焊配合修饰焊工艺获得成形均匀和质量良好的接头,且焊缝内部无气孔、裂纹等缺陷。接头焊缝区组织以针状α′马氏体相为主,热影响区组织分为粗晶区和细晶区,粗晶区包含较多的针状马氏体,细晶区则为板条状α相+少量针状马氏体;接头硬度由母材区到焊缝区呈逐渐增高趋势,焊缝区显微硬度最高,为371 HV。薄板TC4钛合金激光焊接头拉伸强度与基材相当,断后伸长率略低于母材,接头横弯弯曲角度略低于母材,弯曲断裂于母材侧。     

TC4钛合金惯性摩擦焊接头组织及断裂韧性与裂纹扩展特性分析

文章采用了XRD、SEM、EBSD等显微表征技术分析了焊态及焊后热处理态下焊接接头各区域的微观组织特征,并研究了焊接接头的断裂韧性和疲劳裂纹扩展性能。结果表明,焊缝区以再结晶组织为主,热力影响区等轴状初生α_p相转变为棒状结构,热影响区组织与母材基本相同,热力影响区与热影响区的原始β晶粒内部分区域形成了取向差角度约为60°的针状马氏体α′相,热处理促进了残余亚稳态β相分解,在片状α_s相间形成了大量断续分布组织。焊缝区α晶粒内大量的平行或交叉分布的片状α相和复杂的相界面结构可有效阻碍裂纹的扩展并改变裂纹的扩展路径,提高焊接接头的断裂韧性及抗疲劳裂纹扩展能力。     

GH625合金氩弧焊焊接接头的疲劳裂纹扩展性能

研究了钨极氩弧焊GH625高温合金焊接接头的室温疲劳裂纹扩展行为。采用金相显微镜及扫描电镜对其焊接接头的显微组织和疲劳裂纹扩展断口形貌进行观察。结果表明,GH625高温合金的钨极氩弧焊焊接接头主要是由枝晶状焊缝组织和γ奥氏体等轴晶母材组成,焊缝区析出大量的白色针状δ-Ni3Nb相和块状颗粒状Laves相;其焊接接头的显微硬度高于母材;室温下,在低ΔK区间,GH625高温合金钨极氩弧焊焊接接头的疲劳裂纹扩展速率比母材低,这是由于焊缝处硬质的析出相、二次裂纹以及扩展路径的曲折多样使得其裂纹扩展时需要消耗更多的能量;在高ΔK区间内,焊接接头疲劳裂纹扩展速率高于母材。     

含稀土相高温钛合金焊接接头的疲劳断裂特性

研究了Ti-60合金电子束焊接接头的显微组织及稀土相的分布特征;对焊接接头高温旋转弯曲疲劳性能进行了试验研究,讨论了影响接头疲劳性能的主要因素.焊后状态下焊缝区中存在大量的α′马氏体组织,焊缝区中的稀土相颗粒弥散分布于晶界及晶内,尺寸在100～200 nm.焊接接头具有较好的高温旋转弯曲疲劳性能,无焊接缺陷的接头均断裂在母材区,稀土相颗粒对裂纹的扩展具有阻碍作用.     

TC4钛合金激光锁面对接焊的微观组织及力学性能研究

采用激光焊接技术对TC4钛合金工字型法兰底板与蒙皮进行了锁面对接焊,研究了焊接接头的宏观成形、微观组织和力学性能。结果表明,采用激光锁面对接焊工艺的接头成形良好,没有咬边、裂纹和气孔等缺陷。焊缝组织为针状马氏体α′相和分布在原始β晶界的α相,热影响区由初生α相、针状马氏体α′相以及少量β相组成。焊缝和热影响区的硬度高于母材,最大硬度出现在热影响区靠近焊缝处。锁面对接接头拉伸性能良好,试样断于母材处,采用激光锁面对接焊工艺可以对工字型法兰底板与蒙皮进行高性能连接。     

热连轧高强度厚壁钛合金无缝管的PAW焊接工艺

文中以Ti-Al-Nb-Zr-Mo系高强钛合金热连轧成形的厚壁无缝管为研究对象,采用PAW工艺进行环缝对接焊工艺试验,对焊接接头的宏观成形、微观组织及力学性能进行了测试分析。试验结果表明：PAW环缝接头外观成形良好,无明显缺陷;热影响区主要为沿粗大β相界形成的片层α相及在内部形成的细小针状α′马氏体;焊缝主要为密集粗大、交错排布的针状α′马氏体组织。焊缝区的平均硬度比母材的高约HV60,拉伸试验均断裂在母材处,接头的强度超过母材的。与母材相比,接头韧性略有下降,其中热影响区和焊缝中心室温的平均冲击吸收功分别为42.3 J和37.7 J。     

7 mm厚TC4钛合金电子束焊接头组织和性能

采用真空电子束焊对7 mm厚TC4钛合金板进行焊接,利用光学显微镜对焊接接头显微组织进行表征,分析不同区域显微组织,通过显微硬度、拉伸试验、冲击试验、弯曲试验对力学性能进行测试,借助扫描电镜对拉伸、冲击断口形貌进行观察,对焊接接头显微组织演变规律和性能进行研究。结果表明,真空电子束焊焊接接头成形良好,TC4钛合金母材组织由α相和β相组成,焊缝区组织由原始的β相转变而成α′相（针状马氏体）,为粗大的柱状晶组织,热影响区组织由均匀且细小的针状马氏体α′相及原始的α相和β相组成;焊缝区显微硬度高于热影响区和母材区,从焊缝顶部到根部显微硬度逐渐下降;焊接接头抗拉强度高于母材抗拉强度;V形缺口在焊缝区的冲击试样具有较好的韧性。     

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/TA17异种钛合金激光焊接接头显微组织和力学性能

研究TC4/TA17异种钛合金激光焊接接头的显微组织和力学性能。结果表明,TC4/TA17异种钛合金激光焊接头焊缝的显微组织为片状α′马氏体,TC4侧靠近母材的热影响区和TA17侧靠近母材的热影响区只发生α相向β相转变,TC4侧靠近焊缝的显微组织为残余α相+针状α′马氏体,TA17侧靠近焊缝的显微组织为残余α相+片状α′马氏体。TC4/TA17异种钛合金激光焊接头的显微硬度呈不对称分布,焊缝的显微硬度最高,TA17母材显微硬度最低。TC4/TA17异种钛合金激光焊接接头断裂在TA17母材,断口呈现韧性断裂形貌。     

Hastelloy C-276薄板激光焊接接头疲劳性能EI北大核心CSCD

对0.5 mm厚Hastelloy C-276薄板激光焊接接头进行疲劳试验,结合应力-寿命(S-N)曲线和疲劳断口形貌,研究母材及焊接接头的疲劳性能,分析母材和焊接接头的疲劳断裂机理。结果表明:0.5 mm Hastelloy C-276薄板焊接接头和母材的S-N曲线斜率基本相同,焊接接头疲劳性能和母材的基本相当;母材疲劳断口疲劳裂纹起源于试样侧表面,主要沿宽度方向扩展,随着应力的减小,疲劳源数目减少,疲劳裂纹扩展速率减小;焊接接头在母材和焊缝处随机断裂,焊接接头母材区断口形貌和母材断口形貌基本一致,而焊接接头焊缝区断口的疲劳裂纹起源于侧表面棱角处和焊缝表面,焊缝表面是主要疲劳源,裂纹主要沿厚度方向进行扩展,疲劳裂纹扩展区呈现出准解理断裂特征。     

Hastelloy C-276薄板激光焊接接头疲劳性能

对0.5 mm厚Hastelloy C-276薄板激光焊接接头进行疲劳试验,结合应力-寿命(S-N)曲线和疲劳断口形貌,研究母材及焊接接头的疲劳性能,分析母材和焊接接头的疲劳断裂机理。结果表明:0.5 mm Hastelloy C-276薄板焊接接头和母材的S-N曲线斜率基本相同,焊接接头疲劳性能和母材的基本相当;母材疲劳断口疲劳裂纹起源于试样侧表面,主要沿宽度方向扩展,随着应力的减小,疲劳源数目减少,疲劳裂纹扩展速率减小;焊接接头在母材和焊缝处随机断裂,焊接接头母材区断口形貌和母材断口形貌基本一致,而焊接接头焊缝区断口的疲劳裂纹起源于侧表面棱角处和焊缝表面,焊缝表面是主要疲劳源,裂纹主要沿厚度方向进行扩展,疲劳裂纹扩展区呈现出准解理断裂特征。     

大厚度TC4钛合金超窄间隙激光填丝焊接头组织性能研究

采用激光填丝焊接方法进行96 mm厚TC4钛合金板超窄间隙焊接,并对焊接接头进行了组织和性能分析。研究发现:焊缝整体呈钉形,没有出现气孔、裂纹及侧壁未熔合等焊接缺陷;焊缝区域主要由大量细长针状α’马氏体相互交织构成;焊接接头上中下3部分热影响区宽度、焊缝区域中α’马氏体板条宽度和位错密度呈递减趋势;焊接接头下部焊缝区域的α’马氏体晶界取向差在55°~65°的大角度晶界分布较中部和上部焊缝区域组织中略少一些;上中下3部分焊接接头中的焊缝区域显微硬度均明显高于热影响区和母材;沿壁厚方向焊接接头的抗拉强度与母材相当,焊接接头断裂位置均位于硬度值较高的焊缝处;最大局部应变出现在焊接接头下部中靠近母材的焊缝区域,局部应变值达到26.3%,而最小的局部应变值出现在焊接接头上部靠近母材的焊缝区,局部应变值约为14.5%。     

组织不均匀性对TA15电子束焊接接头疲劳裂纹扩展的影响

采用一种水平切取疲劳试样的方法,研究厚板TA15合金电子束焊接接头的焊缝(WS)和热影响区(HAZ)的显微组织、硬度、疲劳裂纹扩展速率以及疲劳断口形貌。结果表明:在距焊缝顶端同样高度时,热影响区的组织不均匀性最大;从焊缝顶端到底部,焊缝的α′马氏体组织细化,但焊缝的组织不均匀性增大;受较高的组织不均匀性的影响,热影响区的疲劳裂纹扩展速率比焊缝的高,疲劳断口形貌反映了这种宏观上的差别。     

TC4钛合金激光-MIG复合焊接头组织性能

采用激光-MIG复合焊接方法实现了3 mm厚TC4钛合金的焊接,并研究了焊接接头的组织特征、硬度分布、拉伸性能和耐蚀性能。研究结果表明：激光-MIG复合焊接可以实现TC4钛合金的高质量焊接,焊缝成形良好,无明显缺陷;焊缝中心为粗大的β相柱状晶,晶内为细小的针状α′马氏体;热影响区主要为等轴状的α相+β相+α′马氏体,随着远离熔合线,晶粒越来越细且α′马氏体含量越少;焊缝区硬度最高、热影响区硬度次之,母材区硬度最低,且热影响区粗晶区硬度高于细晶区硬度;焊接接头平均抗拉强度为1 069 MPa,平均断后伸长率为5.3%,试样均断裂在靠近热影响区的母材区域,断口呈现塑性断裂特征,同时焊接接头的耐蚀性能略高于母材。     

TA15线性摩擦焊接头高周疲劳性能分析

在相同热处理制度下,开展了TA15钛合金母材与TA15线性摩擦焊接头高周疲劳性能试验,并对疲劳断口进行扫描电镜分析. 结果表明,从S-N曲线低应力区到高应力区,焊缝针状组织的疲劳强度高于母材双态组织,随着应力的增大,两种组织的疲劳强度差异逐渐缩小;接头针状组织的疲劳极限(463 MPa)高于母材双态组织(423 MPa). 断口分析结果表明,TA15母材的疲劳断口相对较平,扩展区二次裂纹较少,而线性摩擦焊接头中存在较多的二次裂纹,降低了裂纹扩展速度,说明针状组织的疲劳性能优于双态组织.     

TC4钛合金窄间隙激光填绞股焊丝焊接接头组织及性能

采用实心绞股焊丝,通过窄间隙激光填丝焊对TC4钛合金进行焊接,分析了激光填丝焊接头各区域的微观组织及形貌,并测试了焊接接头的显微硬度、室温拉伸性能及冲击性能等力学性能。结果表明,焊缝截面整体成形良好,无明显未熔合和气孔等缺陷;母材由等轴α+β相组成,热影响区晶粒比母材稍大,热影响区由针状α′马氏体+初生α相组成,焊缝由粗大的原始β柱状晶和内部网篮状α′马氏体组成;焊接接头的抗拉强度平均值达940 MPa,拉伸断裂在母材,断口韧窝较浅,主要表现为韧性断裂特征;焊缝的显微硬度平均值为375 HV,高于母材及热影响区。 创新点： 采用高熔敷效率的绞股焊丝作为填充金属,对 20 mm 厚 TC4 钛合金板进行激光填丝焊,探究了厚板钛合金焊接接头的组织与性能分布规律,为厚板钛合金焊接结构的实际应用提供基础数据支撑。     

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钛合金电子束焊接头性能研究

采用真空电子束焊方法进行TCA钛合金的焊接，借助OM、SEM设备观察焊缝金属显微组织和断口形貌，测试了焊接接头硬度并进行了冲击试验，分析了焊接接头性能、显微组织及焊缝中气孔的形成。结果表明，采用真空电子束焊焊接TCA钛合金时，焊缝和热影响区金属中较粗大的原始β相一部分转变为过饱和的针状马氏体；焊缝中心有少量的针状α’相，并形成了编织状α组织；焊缝金属的硬度值比母材金属的高，但冲击韧度比母材金属的低。     

焊接速度对TC18钛合金厚板电子束焊接接头疲劳性能的影响（英文）

采用电子束焊接的方法,实现了15 mm TC18钛合金厚板的焊接。利用光学显微镜、扫描电镜及透射电子显微镜对接头的宏观形貌、显微组织及断口特征进行分析,并用电子万能试验机测试了接头的疲劳性能,研究了不同焊接速度(10、20、30 mm/s)对TC18钛合金厚板电子束焊接接头疲劳性能的影响。结果表明,焊缝熔合区主要由柱状的β相和针状的α马氏体相组成。随着焊接速度的增加,焊缝区上熔宽、中熔宽、下熔宽都呈明显减少,焊缝区晶粒细化,导致焊接接头疲劳性能增加。在Nf=10~7时,随焊接速度从10 mm/s增加到30 mm/s,焊缝疲劳极限提高近29%。接头疲劳试验断口可分为疲劳裂纹源区、裂纹扩展区和裂纹瞬断区3个典型区域,疲劳裂纹都起源于试件表面,随着焊接速度增大,瞬断区占的比例减小,疲劳性能增强。