TC4钛合金激光焊对接接头静力拉伸载荷下变形行为特征研究

静载拉伸试验是最基本的、应用最广的材料力学性能试验。本文试图通过对静力拉伸载荷下TC4母材和激光焊缝接头试样红外热像的记录和温度场变化特征的对比分析,来揭示激光焊缝的存在对于试样受力变形行为的影响规律。研究结果表明：宏观抗拉强度、屈服强度以及断裂时间都基本相同的焊缝和母材试样,其红外结果存在相同点,同时也存在明显的差异性。首先,开始出现物理屈服现象的时间以及对应的应力有差异;焊缝和母材试样在物理屈服发生后,其温度分布及演变规律具有很大的差异性,表明了焊缝的存在对试样的塑性变形规律具有较大的影响。     

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.     

高速列车用高强A7N01铝合金焊接接头的疲劳性能（英文）

用IBTC-2000型疲劳机对高速列车用A7N01(Al-5Zn-2Mg)铝合金MIG焊焊接接头、热影响区和母材试样进行疲劳试验,用扫描电子显微镜(SEM)观察疲劳断口以及疲劳表面损伤形貌。结果表明,应力高于0.5σ_b时,焊缝部位会产生棘轮应变,发生了明显的塑性变形,表面有明显滑移带,会降低焊接接头试样的疲劳寿命。焊缝部位发生的塑性变形主要集中发生在疲劳过程的第1循环和最后的失效阶段。当应力低于0.5σ_b时,断口位于热影响区。焊缝和熔合区断口为延性断口,热影响区和母材试样断口为准解理断口。母材的疲劳寿命远远高于热影响区试样的疲劳寿命。     

热处理对TC17(α+β)/TC17(β)线性摩擦焊接头组织及力学性能的影响

针对热处理前后TC17(α+β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头组织和性能进行了对比分析. 结果表明,焊态时焊缝区组织发生动态回复和再结晶,两侧的热力影响区组织均被不同程度地拉长,热处理后焊缝中的亚稳相分解析出弥散的α和β相,TC17(α+β)侧热力影响区的初生α相有所长大. 焊态接头焊缝区显微硬度比母材低,接头的抗拉强度和屈服强度略低于母材,分别达到母材的91.9%,96.2%,接头拉伸性能试件断裂位置均在焊缝区;经过热处理,母材显微硬度未发生明显变化,焊缝区显微硬度显著提高,接头抗拉强度和屈服强度达到与母材相当,与焊态相比分别提高11.9%,8.2%,接头拉伸性能试件断于母材区.     

5mm厚6063铝合金搅拌摩擦对焊焊缝组织分析

通过6063铝合全的搅拌摩擦焊试验,分析了其焊缝横截面组织的宏观形貌和金相图,并对焊缝进行横向拉伸性能试验.试验表明:带梯形螺纹的圆锥形搅拌针及凹端面搅拌头,能有效增加焊缝塑化材料的流动性,易于形成内部无缺陷的焊缝;焊缝横向组织可分为母材区、热影响区、热机影响区、焊核(动态再结晶区)等4个区域;焊核区塑性变形剧烈,组织为动态再结晶的细小等轴晶;热机影响区为回复晶粒组织,以大弯曲变形结构为特征;热影响区仅发生组织晶粒粗化现象,晶粒与母材相似,没有发生明显的塑性变形;各区之间的分界面明显,尤其是前进侧的焊核区与热机影响区的分界面,该分界面易于出现空洞和沟槽缺陷;焊接质量取决于诸多焊接工艺参数,可以通过工艺参数优化试验来找到最佳焊接参数匹配区间.     

Al-Mg-Si 6082合金氩弧焊焊接接头的力学性能与微观组织

对3mm和10mm厚的Al-Mg-Si 6082合金分别进行了TIG焊和MIG焊,获得了成形良好、表面无裂纹、气孔和咬边等缺陷的焊接接头。研究了TIG焊和MIG焊时焊接接头不同区域的显微组织特征,通过拉伸和硬度试验,分析了焊接接头的力学性能,并研究了TIG焊和MIG焊时焊接接头拉伸断口的微观形貌。结果表明,焊缝中心为细小的等轴晶,靠近熔合线的焊缝区为柱状晶,而热影响区出现了无沉淀析出带,且晶粒出现了不同程度地长大;MIG焊焊接接头的抗拉强度和伸长率均高于TIG焊;焊接接头的硬度沿焊缝中心呈对称分布,焊缝区的硬度几乎与母材相当。     

铸造TC4合金电子束焊接工艺研究（英文）

主要探讨铸造TC4合金电子束焊接工艺。为了获得良好的铸造TC4合金电子束焊接接头,作者对焊缝形貌,微观组织和接头拉伸性能进行研究。结果表明:通过调节焊接电流和焊接速度可以获得电子束焊双面成型工艺,但是对于厚板却很难获得双面成形的焊缝形状,经X射线检测焊缝内部质量,能满足检验标准;铸造钛合金电子束焊接接头微观组织构成的母材由板条状α相和β相组成,焊缝区域由针状马氏体组成,热影响区由细针状马氏体、板条状α相和β相组成;铸造TC4电子束焊接接头拉伸性能与母材相当,因此可以通过改善母材的组织成分和显微组织来提高其焊接接头的拉伸强度。冲击试验表明应力集中系数对吸收功有很大的影响。     

Study on the Electron Beam Welding Process of ZTC4 Titanium Alloy

主要探讨铸造TC4合金电子束焊接工艺。为了获得良好的铸造TC4合金电子束焊接接头,作者对焊缝形貌,微观组织和接头拉伸性能进行研究。结果表明:通过调节焊接电流和焊接速度可以获得电子束焊双面成型工艺,但是对于厚板却很难获得双面成形的焊缝形状,经X射线检测焊缝内部质量,能满足检验标准;铸造钛合金电子束焊接接头微观组织构成的母材由板条状α相和β相组成,焊缝区域由针状马氏体组成,热影响区由细针状马氏体、板条状α相和β相组成;铸造TC4电子束焊接接头拉伸性能与母材相当,因此可以通过改善母材的组织成分和显微组织来提高其焊接接头的拉伸强度。冲击试验表明应力集中系数对吸收功有很大的影响。     

纯钛TA2薄板双钨极氩弧焊焊接工艺

针对1.24 mm厚纯钛TA2薄板进行双钨极氩弧焊堆焊,研究焊枪倾斜角度和电极间距对电弧耦合、焊缝成形的影响,利用高速摄影和电信号采集系统分别对电弧形态、电流和电压波形进行分析,揭示纯钛TA2薄板高速焊焊接缺陷形成和抑制机理. 结果表明,电极间距在11 ~ 15 mm,电弧干扰小,焊缝成形良好;两个焊枪呈大致对称倾斜分布,液态金属后向流动被抑制,无明显咬边现象,焊缝成形良好. 采用合理的工艺参数进行TA2薄板双钨极氩弧对接焊,焊接速度可达3 m/min,接头抗拉强度为434 MPa,断后伸长率为31.4%,拉伸试样断裂于母材.     

回火对9Cr2WVTa钢电子束焊接接头组织和力学性能的影响

对9Cr2WVTa钢进行电子束焊接,并对焊接接头进行不同温度回火处理,研究了回火对焊接接头组织和力学性能的影响.结果表明,焊态下,焊缝由粗大的板条马氏体和d铁素体组成.高温回火后,基体中析出大量M23C6型碳化物.硬度测试结果表明,焊态下焊缝硬度远高于母材,随回火温度升高,焊缝硬度逐渐下降,但仍高于母材.拉伸测试结果表明,断裂位置均出现在母材,表明焊缝仍保持了较高强度.采用带沟槽的V型冲击试样获得了完全的焊缝断口,室温冲击实验结果表明,焊态下,焊缝冲击韧性差,冲击功远低于母材;经回火后,焊缝冲击韧性显著提高.焊后回火热处理使焊缝获得了较好的综合力学性能.     

Effect of undercut defect on deformation behavior TC4 titanium alloy laser welded butt joint under static tensile loading

By measuring and analyzing infrared thermal image of the specimen in static load tensile test process, it was studied that the influence of the undercut defects and double-sided dressing method on the deformation behavior of the laser welded joint specimens of TC4 titanium alloy. The results showed that for the unmodified specimens, the yield phenomenon occurs first in the region of the joint, but the undercut value has an effect on the stress and strain of starting to yield phenomenon, and a gr...     

Ti-6Al-4V合金双光束激光焊接T形接头拉伸过程特征

采用双侧同步激光焊接的方法获得Ti-6Al-4V合金T形接头,借助红外热成像的方法,研究激光焊接T形接头拉伸过程中典型缺陷如咬边、未熔合、气孔等的影响及特征. 结果表明,拉伸过程中温度的升高虽然出现在两侧蒙皮母材中,但随着变形量的增加,接头咬边处的应力集中效应凸显,温度也在该区域出现了大幅上升,塑性变形增大,并最终在此处发生断裂. 未熔合及气孔缺陷一般处于硬化区中部,不影响该区域的强化作用,温度的大幅增加仍位于蒙皮一侧母材处,最终在温度最高点处发生断裂.     

塑性变形条件对扩散焊接头性能的影响

扩散焊焊接中的塑性变形条件对接头性能有很大影响,目前对其影响规律缺乏系统认识.文中以工业纯钛TA2和工业纯铝L4为连接对象,试验研究了塑性变形过程、变形率及待焊面形态与接头剪切强度的关系,结果表明:在扩散焊初期提供接头塑性变形,同时在后续保温过程中保持小压力而不再继续变形,会得到较高强度的接头;在一定范围内,接头塑性变形率大的试样,其扩散焊接头强度较高;待焊面的设计形态对接头强度有较大影响,屈服强度小的母材一面为曲面,而屈服强度大的母材一面为光滑平整面,有助于提高接头强度.     

拼焊板单向拉伸变形非均匀性

从金属塑性理论出发,结合拼焊板成形特点,推导出同材差厚拼焊板试件单向拉伸情况下缩颈时焊缝两侧薄厚板变形量公式。并基于垂直于拉伸方向居中焊缝的拼焊板单向拉伸实验,将实验结果与公式推导结果比较,初步验证了公式的合理性。进而进行了不同焊缝位置(焊缝垂直于拉伸方向,薄厚板厚度比例不同)情况下的拼焊板试件单向拉伸有限元模拟,进一步验证了所推导公式是正确的。另外,分析了单向拉伸状态下焊缝两侧薄厚板变形的非均匀特性,利用文章所提出的公式,可以定量地预测单向拉伸状态下拼焊板试件焊缝两侧材料非均匀性变形量,从而为提高焊缝两侧材料的匹配性以减小拼焊板变形的非均匀性提供了参考依据。     

INVESTIGATION ON FRACTURE BEHAVIOR FOR WELDED JOINT OF NEW GENERATION FINE GRAINED STEEL SS400

The fracture behavior for welded joint of new generation fine grained steel SS400 was investigated and assessed on the basis of fitness for purpose philosophy. The actual critical defect sizes for the SS400 base metal and its weld HAZ (heat affected zone) defined by the gross yielding criterium have been determined directly by means of wide plate tests. It has been shown that although the HAZ grain growth occurs due to the welding heat, the resistance to fracture is not deteriorated. The deformation behavior of wide plate specimen was also studied by finite element (FE) analysis. The deformation of weld HAZ is protected by the high strength weld metal, so it is easier to get the general yielding for the welded joint specimen.     

A NOVEL METHOD FOR EVALUATING PLANE STRESS DYNAMIC FRACTURE TOUGHNESS OF 0Cr18Ni10Ti STAINLESS STEEL WELDED JOINTS

A novel method was proposed for the evaluation of Mode I dynamic fracture toughness （DFT） under plane stress and small scale yielding conditions for welded joints of stainless steel （SS）, 0Cr18Ni10Ti. In a hybrid experimental-numerical approach, the experiments were carried out on the Hopkinson pressure bar apparatus, and three dimensional （3D） transient numerical simulations were performed by a finite element （FE） computer program. Macroscopical plastic deformation was observed at the loading and supporting points, on the specimens, after the test, which could cause a large error if omitted in the numerical simulation. Therefore, elustic-viscoplustic analysis was performed on the specimen by adopting the Johnson-Cook （J-C） model to describe the rate-dependent plastic flow behavior of the material. The material heterogeneity in the mismatched welded joints, induced by the difference in the base metal （BM） and the weld metal （WM） in yield stress, has also been taken into consideration by using the J-C models separately. Good accordance was obtained between the experimental and the computational results by the present approach. The relationship between plane stress DFT and loading rate was also obtained on the order of 108 MPa.m^1/2.s^-1.     

Tensile properties and failure analysis of Ti–6Al–4V joints by electron beam welding

The microstructural and mechanical characterization of electron beam welded joints of forged Ti–6Al–4V were investigated. Microhardness tests indicate that the hardness of the fusion zone(FZ) is higher than that of the heat-affected zone(HAZ) and base metal. The tensile results show that the mechanical properties of the welded joints are comparable with those of the base metal in terms of static strength and are in accordance with the relationship between microstructure and mechanical properties of welded joints. The ultimate tensile strength of the weld is equal to that of the hourglass joint, which indicates that the mechanical properties of the longitudinal FZ and those of the transverse FZ are the same. Macromechanical behavior and macrofracture and microfracture of the base material,joint, and weld specimens are observed. A comparison among the three types of specimen fracture phenomena reveals the following distinctive differences:(1) the fracture mode,(2) the micrograph of the dimple pattern at the central region, and(3) the size of the dimple at the central region and the transition region.     

热影响区几何尺寸对铝合金焊接接头变形及强度影响规律

用有限元软件ABAQUS对平板对接铝合金焊接接头进行拉伸模拟,研究了HAZ几何尺寸对焊接接头变形及强度影响规律.结果表明,随着HAZ长度的增加,铝合金焊接接头的屈服强度和抗拉强度均逐渐降低,应力三轴度在母材与HAZ交界处和焊缝与HAZ交界处存在突变,应力三轴度最大值的位置从母材与HAZ交界处转变为焊缝与HAZ的交界处;随着接头厚度的增加,屈服强度和抗拉强度基本上是逐渐增大的,接头中的应力三轴度取决于试样的厚度、焊缝区尺寸及HAZ尺寸;随着接头宽度及标距长度的增加,屈服强度、抗拉强度和焊缝及HAZ范围内的应力三轴度基本上是逐渐增大的.当试样标距长度增加到某一值时,这三个参数将不再发生变化,为一恒值.     

焊接接头和U型试样中的氢分布

采用自行研制的激光测氢装置,测量了焊接接头和U型试样中的氢分布,并且推导了U型试样弯曲部份(塑性变形区)的应变、残余应力计算公式。 结果表明:在焊接接头中,1.沿熔深方向上,氢分布是不均匀的。最高氢含量在熔合线附近;2.氢的具体分布情况,取决于焊缝金属和母材的原始氢含量以及金相组织。在U型试样中,1.计算应变的公式(εθ)=2tθ/πro和残余应力公式可以用来计算U型试样弯曲部份外表面的应变量和残余应力值。冷轧态的1 Cr18Ni9 Ti钢的F=990MPa、n=0.146;2.氢分布明显受应变的影响,应变值愈大,氢含量愈高。