钛合金电子束焊熔宽PID控制系统建模与仿真

由于焊接过程的复杂性,因此很难得到熔池动态过程的解析数学模型,使得焊接过程建模成为焊接过程控制的一大难题．为了建立电子束焊熔池动态过程模型,采用阶跃响应法确定出了钛合金电子束焊电子束流与熔宽的数学模型的类型和结构,计算出了该模型的参数,建立了电子束流与熔宽的传递函数模型．利用获得的电子束流与熔宽的数学模型,采用Z-N经验公式法确定出了PID控制器参数,在此基础上利用MATLAB／SIMULINK建模与仿真平台建立了钛合金电子束焊熔宽PID控制系统模型,并对该模型进行了仿真试验．结果表明,所设计的控制系统动态性能和稳态性能良好．     

Electron beam welding of Re and BT5-1 titanium alloy

Based on the binary alloy phase diagram of Re-Ti, the weldability of Re and BT5-1 titanium alloy was analyzed. Using two methods of direct electron beam welding （EBW-D） and intergradafion electron beam welding （EBW-I）, Re and BT5-1 was welded. Experimental results show that the joint figuration of EBW-D between Re and BT5-1 is not fine, and the joint is inclined to brittleness rupture. The joint figuration of EBW-I between Re and BT5-1 is fine. No cracking and other disfigures occur in the intergradation joint. The element distribution of Re, Me, and Ti in the weld metal is progressional diversification.     

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.     

304不锈钢与QCr0.8铬青铜填加铜焊丝的电子束焊接

采用填铜焊丝对304不锈钢与QCr0.8铬青铜进行电子束焊接。采用正交试验法研究不同工艺参数对焊接接头抗拉强度的影响,并对焊接工艺参数进行优化。优化工艺参数如下：束流30 mA,焊接速度100 mm/min,送丝速度1 m/min,束偏移量-0.3 mm。对优化后接头组织的分析结果表明,焊缝主要由树枝状α相与少量球形ε相组成;仅在焊缝区的上部出现铜的混合不均匀;而在铜侧熔合线附近存在一个铜的熔化但未混合区,该区域晶粒长大严重,是接头的最薄弱区。显微硬度测试结果显示,焊缝硬度随固溶体中铜含量的增加而减小。接头的最高抗拉强度为276 MPa。     

Electron beam welding of SiCp/2024 and 2219 aluminum alloy

SiC_p/2024 matrix composites reinforced with SiC particles and 2219 aluminum alloy were joined via centered electron beam welding and deflection beam welding, respectively, and the microstructures and mechanical properties of these joints were investigated. The results revealed that SiC particle segregation was more likely during centered electron beam welding (than during deflection beam welding), and strong interface reactions led to the formation of many Al₄C₃ brittle intermetallic compounds. Moreover, the tensile strength of the joints was 104 MPa. The interface reaction was restrained via deflection electron beam welding, and only a few Al₄C₃ intermetallic compounds formed at the top of the joint and heat affected zone of SiC_p/Al. Quasi-cleavage fracture occurred at the interface reaction layer of the base metal. Both methods yielded a hardness transition zone near the SiC_p/2024 fusion zone,and the brittle intermetallic Al₄C₃compounds formed in this zone resulted in high hardness.     

铝合金电子束焊接技术

铝合金因其良好的性能在航空航天、交通工具、机械制造等领获得了广泛应用,其焊接性限制了铝合金的进一步应用和发展.电子束焊因其熔透性高、接头性能优良等优点成为铝合金焊接的重要方法之一.简述了电子束焊接的基本原理和特点,综述了铝合金电子来焊在工艺、接头组织性能、接头缺陷预测和有限元数值模拟技术等方面的研究工作,展望了铝合金电...     

电子束焊接技术在高强合金上的应用和发展

综述了国内外电子束焊接在高强合金上的应用.从焊接工艺、组织分析、焊后热处理以及计算机模拟等方面对高强钢、高强铝合金和高强钛合金三种高强合金的电子束焊接进行了介绍,总结电子柬焊接在高强合金上应用的不足之处,并对未来的进一步研究进行展望.     

TA15钛合金与304不锈钢的电子束焊接

对TA15钛合金和304不锈钢的电子束焊接进行了研究,对接头显微组织、相组成和显微硬度进行了分析.结果表明,TA15与304不锈钢电子束焊接性较差,在较小的热应力下即在焊缝内产生大量裂纹.焊缝内生成连续分布的化合相,主要包括TiFe2,TiFe,Cr2Ti等,脆性化合物的产生是裂纹形成的根本原因.焊缝区内显微硬度明显高于母材,且TiFe2的硬度高于TiFe相,贯穿裂纹在TiFe2相富集的区域产生.二者的直接电子束焊接难以实现,需要添加中间层以改善焊缝的冶金条件,改变化合物的种类和分布,从而实现可靠连接.     

钛合金与铌合金电子束焊温度场数值模拟

钛合金与铌合金是具有优良使用性能的两种合金材料,这两种材料被广泛用于航空、航天、核工业等重要领域.文中采用有限元分析软件ANSYS,对钛合金与铌合金电子束焊的温度场进行了模拟研究,利用双热源模型模拟电子束焊温度场,研究了异种金属焊接的建模方法、函数载荷的加载技巧,着重分析了钛合金(7715D)和铌合金(C-103)的焊接性,采用热源向铌一侧偏置的方法来保证焊接熔深的一致.最后得到了不同焊接热输入条件下钛合金与铌合金焊接过程中的最佳偏置距离.     

铝合金电子束焊接熔透特征量的确定

基于视觉图像传感方法,通过设计的平板和斜板试验,对铝合金电子束焊接熔透特征量的提取进行了研究.结果表明,铝合金电子束焊接过程中熔深状态从未熔透向熔透转变时,特征区域宽(W)有相应的响应,特征区域后长(RL)无明显反应;经分析W作为熔透特征量,可用于监测焊接熔深状态的突变,为解决铝合金电子束焊接熔透控制提供了一种有效的途径.     

PM-TZM钼合金电子束焊接特性

为研究PM-TZM钼合金电子束焊接特性,对其进行了电子束焊接试验,分别对接头显微组织及力学性能进行了分析. 结果表明,PM-TZM钼合金电子束焊缝呈“钉状”几何特征,熔合线附近有链状气孔出现. 焊缝区由粗大的等轴晶及柱状晶组成,热影响区晶粒相比于母材明显长大. 接头各区域硬度值不同,焊缝区硬度与母材相当,硬度最低值出现在两侧热影响区.PM-TZM合金电子束焊接接头有较大的性能损失. 接头室温最高抗拉强度378 MPa,为母材抗拉强度的47%,1 000℃抗拉强度168 MPa. 接头拉伸断裂均发生于焊缝区,呈典型的脆性解理断裂特征.     

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.     

大厚度钛合金结构电子束焊接制造基础研究

通过对大厚度电子束焊焊缝几何特征和接头组织和力学性能不均匀性的研究,提出焊缝几何特征表征参量和不均匀性表征因子;通过对接头损伤、断裂和疲劳的实验和理论研究,提出大厚度钛合金电子束焊接接头的失效机理;通过对焊接应力变形的理论和数值模拟研究,提出大厚度钛合金电子束焊接接头残余应力形成的机理;在上述研究的基础上,设计大厚度钛合金电子束焊接结构完整性评价体系.从而有望建立大厚度钛合金电子束焊接接头性能定量调控理论与工艺方法和有自主知识产权的大厚度钛合金电子束焊接结构强度、断裂和疲劳完整性评价的方法和指南.     

Nb521铌合金电子束焊工艺研究

对Nb521铌合金进行了电子束焊工艺试验研究,优化了工艺参数,分析了焊缝表面成形及焊接接头组织、常温和高温力学性能.结果表明:Nb521具有良好的电子束焊接性能,焊缝常温拉伸强度、屈服强度均能达到母材的95％以上,延伸率达到母材的86.7％,在1600℃以下焊缝性能良好.     

钛合金电子束深熔焊根部缺陷机理分析

文中研究了大厚度Ti6321钛合金深熔焊时,根部缺陷的位置和形貌特征,分析了根部缺陷产生的原因,揭示了缺陷产生的机理,提出了减小和消除根部缺陷的方法.结果表明,对于大厚度钛合金深熔焊,未焊透时焊缝中容易产生钉尖和链状气孔缺陷.当匙孔底部表面张力与流体静压力之和大于金属蒸气压力时,根部无法维持稳定的匙孔内壁,液态金属凸出向匙孔坍塌,金属蒸气不能完全逸出,在快速冷却条件下,液态金属凝固后形成钉尖缺陷. 当表面张力、液体静压力与金属蒸气压力的平衡位置距离匙孔底部距离大于1/2熔深时,焊缝根部容易产生链状气孔缺陷.通过采取相应措施可以有效减少和消除钉尖缺陷和链状气孔缺陷.     

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。     

电子束深熔焊匙孔的研究现状

综述了电子束深熔焊匙孔特性及行为研究的现状.简述了国内外研究者在电子束匙孔形成机理及匙孔行为数值模拟研究领域已取得的部分研究成果,并对电子束深熔焊匙孔的进一步研究工作做了展望.指出在电子束深熔焊匙孔行为数值模拟研究中考虑到金属蒸汽流的作用,对于进一步揭示电子束深熔焊机理和匙孔的形成过程及其特性,控制熔透质量具有重要的理论意义.     

7A52铝合金电子束焊接参数及性能

对20mnrl厚7A52铝合金板材采用试件法进行电子束焊接,确定了焊接参数并对力学性能进行分析．结果表明,采用加速电压60kV,电子束流120mA,聚焦电流763mA,焊接速度800mm／min,可得到良好的焊缝表面．电子束流增大焊缝深宽比显著增加,聚焦电流微小的数值变化可引起焊缝形状突变．接头焊缝区晶粒细小均匀,抗拉强度为母材的87％,焊缝维氏硬度最低值为母材的61％,焊缝冲击韧度为母材的95．4％,表明了电子束接头的性能很高．