厚板TC4钛合金电子束焊接头组织演变及力学性能

电子束焊因其真空环境、能量密度大、焊缝深宽比大等优点,被广泛应用于钛合金焊接。系统研究了30 mm厚TC4钛合金电子束焊接接头组织演化及其力学性能。结果表明:熔合区中部由粗大原始β柱状晶组成,内部为αGB、块状α集束和部分网篮组织构成的混合组织,靠近热影响区的熔合区由等轴原始β晶粒构成;热影响区存在较显著的组织不均匀性,随着距熔合区距离增大,β转变组织(次生α片层+残余β相)含量逐渐降低,初生α相含量逐渐升高;熔合区平均显微硬度比母材高约50 HV,接头抗拉强度达到906 MPa,接头强度系数达到96%,拉伸断裂位置位于熔合区内。     

厚板TC4钛合金电子束焊接头组织演变规律

针对厚板TC4钛合金电子束焊接头组织不均匀性,研究焊接热输入对20 mm厚TC4钛合金的电子束焊接头组织演变规律的影响. 结果表明,采用中等热输入时,钛合金接头在熔宽和熔深方向均存在较大的不均匀性,接头上部的晶粒尺寸均大于中部和下部,焊缝上部和中部生成了晶间α相和粗大的魏氏组织,增加焊缝脆性,降低焊缝塑性. 增大焊接热输入会使晶粒和组织粗化,但是可以减小组织的不均匀性;而减小焊接热输入,会使晶粒和组织细化,但是组织不均匀性增大,且增加了气孔的数量. 焊缝组织的不均匀性会导致力学性能的梯度较大,焊缝组织越粗大,抗拉强度越小.     

退火态TC4/TC11异种钛合金电子束焊接头组织和力学性能研究

采用真空电子束焊接对10 mm厚的TC4/TC11异种钛合金板进行了连接,并对接头进行了退火处理,工艺为700℃保温2 h空冷。采用扫描电镜观察退火态TC4/TC11接头不同区域的组织,对接头的拉伸性能和疲劳性能进行了测试,对疲劳断口进行了观察。结果表明:退火后接头各区域组织没有发生明显变化,TC4侧的热影响区及焊缝仍然是马氏体,TC11侧热影响区仍是残余的α相和马氏体。与焊态接头相比,退火态接头的伸长率提高约41.3%,强度下降约7%,其疲劳寿命变化不大。退火态TC4/TC11接头疲劳试样大部分断裂于TC4母材。疲劳源起始于试样表面,裂纹扩展区面积较大。     

TC4钛合金电子束焊接头性能研究

对比分析了TC4电子束焊接头的金相组织、强度、塑性及硬度指标,并检测了焊缝表面及内部质量。结果表明,TC4电子束焊熔深达23～25 mm,焊缝呈钟罩形,接头成形良好,焊缝区产生大量马氏体组织;电子束焊焊缝区和HAZ区硬度高于母材的,消应力热处理后接头硬度提高;电子束焊接头强度高于母材的,塑性低于母材的,消应力热处理后焊接接头强度升高,母材的强度降低,塑性变化不大。     

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。     

TC4钛合金线性摩擦焊接头组织和力学性能

文中阐述了线性摩擦焊的原理、特点,并针对TC4钛合金线性摩擦焊接头组织和力学性能进行了研究.对比分析TC4钛合金线性摩擦焊接头焊态和焊后热处理态的接头组织和力学性能.结果表明,焊接接头共分为母材、热力影响区和焊缝区三部分;TC4钛合金的接头(包括焊态和焊后热处理态)抗拉强度和屈服强度均达到母材的90%以上;焊缝中心的硬度值最高,焊后热处理能使接头的硬度分布更加均匀.     

TC4钛合金TIG焊接头组织及力学性能

采用TIG焊,通过改变焊工艺参数,对厚2.4 mm的TC4钛合金板材施焊.利用光学显微镜观察焊接接头显微组织,扫描电子显微镜观察拉伸试件断口形貌.用万能试验机测定焊接接头力学性能.结果表明:经历TIC焊接热循环后.焊缝组织为针状马氏体α′;热影响区组织不均匀,距焊缝较近的区域为α′,远离焯缝处为α+少量α′,拉伸试件断...     

TC4钛合金厚板电子束焊接接头的组织与性能

采用真空电子束对20mm厚的TC4钛合金板材进行对接,探讨了电子束流对接头显微组织及力学性能的影响。结果表明,焊缝晶粒尺寸随熔深的增大而减小,晶粒尺寸梯度随束流的增大而减小;电子束流从95mA增大至105mA时,焊缝上部的α′和晶间α相以及α′板条束大于中部和下部,且随着束流的增大,晶间α相变宽、α′板条束变粗大;束流减小至85mA时,焊缝下部没有晶间α相和α′板条束产生。接头强度高于母材,束流为95mA时,强度达到最高,为1 265 MPa,接头为韧性断裂和准解理断裂的混合断裂方式。     

TC11钛合金厚板电子束焊接组织及性能

采用大功率电子束对TC11钛合金40mm厚板进行焊接,观察焊缝微观组织并分析其对力学性能的影响。结果表明,电子束焊接接头焊缝形成定向特征的柱状晶,显微组织为针状α′,随着焊缝深度增加,形成的针状α′更细更短。焊缝显微硬度高于热影响区和母材。随着焊缝深度、焊缝硬度增加,而热影响区和母材显微硬度没有明显变化。电子束焊接接头各项力学性能均达到国家军用标准GJB 2744《航空用钛及钛合金自由锻件和模锻件规范》,抗拉强度和屈服强度与母材相当,但是断后伸长率和断面收缩率相比母材略有降低。拉伸试样断口全部位于母材区域,断裂方式为典型的韧性断裂。     

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。     

7 mm厚TC4钛合金电子束焊接头组织和性能

基于钨极氩弧焊的电弧增材制造(GT-WAAM)工艺,以6 mm厚Ti6Al4V合金为基板,直径1.2 mm的Ti6Al4V焊丝为材料,利用CO₂进行层间冷却,得到成形均匀的沉积结构。通过对焊接过程热循环特点、沉积形貌、硬度分布及力学性能分析,获得沉积结构质量评价。结果表明,提高冷却速率可以细化沉积结构晶粒,得到针状的α′相,从而改善材料的硬度和抗拉强度;在沉积结构中,堆积高度增加产生的热积累效应,使冷却气体中的C和O元素存在与堆积金属发生潜在的化学反应的可能。采用层间冷却控制层间温度能有效改善沉积结构质量,可使制造效率提高80%以上。

     

铸态TC4钛合金电子束焊接头组织与性能研究

文中分别采用6种不同电子束焊工艺对厚4 mm和厚6 mm TC4钛合金板进行对接焊,分析了电子束焊接头各区域的显微组织、显微硬度、室温拉伸及冲击韧性等力学性能。结果表明：TC4焊缝区主要为粗大的柱状晶组织,晶粒内部存在交错分布的针状α′马氏体和β相;4 mm和6 mm板的硬度最大值出现在焊缝区,焊缝区冲击韧性较差,4 mm板中1^#试样的冲击韧度最大,约为29.33 J/cm²;6 mm板中2^#试样的冲击韧度最大,约为20.08 J/cm²。     

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。     

应变速率对TC18钛合金厚板电子束焊接接头组织和力学性能的影响

研究了在优化后的焊接工艺参数下,TC18钛合金厚板电子束焊接接头沿板厚方向(上层、中层、下层)应变速率对显微组织、拉伸性能和应变硬化行为的影响。结果表明:焊接后焊缝微观结构发生了明显变化,熔合区显微组织由粗大的β相和次生α相组成。与母材相比,沿厚度方向的焊接接头表现出较低的强度和塑性,但其硬化能力增强。焊缝下层的强度和延伸率高于中层和上层。当应变速率为1×10~(-2)s~(-1)时,焊缝的最大屈服强度和极限抗拉强度达到母材的83%。随着应变速率的增加,焊缝的硬化能力下降。拉伸断裂发生在焊缝区,上层的断裂过程为解理断裂,中下层为准解理断裂。     

TC4钛合金扩散焊接头的力学性能

加强筋宽度为3 mm的含型腔扩散焊零件会因焊缝区域出现微小气孔、夹杂等缺陷而导致失效,但由于含型腔坯料的厚度为40 mm,加强筋宽度仅为3 mm,检测声波难以有效到达加强筋位置,且加强筋结构处存在复杂声反射结构波,造成加强筋内部焊缝缺陷难以有效检出。利用ϕ0.4 mm的平底孔模拟气孔缺陷,采用相控阵扇扫成像技术对3 mm宽度的加强筋焊缝处平底孔缺陷进行扫查。根据扇形扫描相位分布特点,提出一种相位相干的加权方法,通过加权处理抑制加强筋复杂反射造成的非缺陷结构波干扰。结果表明：当探头主声轴方向与焊缝平行且探头偏离缺陷正上方,即缺陷偏离扇扫图像中心19°时,可以将缺陷与非缺陷结构波分隔开;但探头偏离缺陷正上方的程度越大,缺陷幅值越低。相位相干处理后,非缺陷回波得到抑制,缺陷仅偏离扇扫图像中心13°即可。与原始扇扫图像相比,偏转角度变小,缺陷的成像质量提升。

     

TC4钛合金摩擦焊接头的力学性能及显微组织

对钛合金TC4（Ti-6Al-4V）摩擦焊接性能进行了较详细的试验分析。结合摩擦焊接参数的优化选择,叙述了该合金摩擦焊接过程的特点,讨论分析了其焊接接头的力学性能及焊合区的显微组织结构。试验结果表明,该合金具有良好的摩擦焊接性,在无特殊保护措施的条件下,优化工艺,可获得良好的焊接接头。由于TC4钛合金导热系数小,热塑性高,容易氧化,摩擦焊亦选用较小的规范参数。焊合区硬度略低于母材,拉伸度样断于母材,拉伸、冲击断口均表现出明显的韧性断裂特性。力学性能数据表明,用优化的规范参数,TC4钛合金可获得等强、等韧甚至超强、超韧于母材的摩擦焊接接头。TC4钛合金摩擦焊接接头焊合区组织为细密的网蓝状组织,焊合区与母材过渡区为双态组织。     

超厚板TC4钛合金电子束焊接接头应力腐蚀敏感性

针对100 mm超厚板TC4钛合金电子束焊接接头,采用慢应变速率拉伸方法评价接头在人造海水中的应力腐蚀敏感性,分析接头的显微组织和断口形貌,对接头的腐蚀机制进行研究. 结果表明,室温条件下应变速率为ε=1×10-6 s-1时,母材在海水中未表现出应力腐蚀敏感性;焊缝上部、中部和下部具有轻微应力腐蚀敏感性. 焊缝在海水中发生阳极溶解,产生氢吸附,导致裂纹的萌生. 同时氢扩散诱导α'相界及α'相内发生位错塞积,进而使裂纹在更低的应力水平下发生扩展.     

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.     

TC11钛合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能

本文在不同转速下开展了TC11钛合金搅拌摩擦焊试验,分析了接头的微观组织和力学性能,建立了焊接工艺、接头组织与性能之间的内在联系。接头SZ为完全的β转变组织,其细小晶界α相和晶内片层状α+β相以及针状α′相的双重强化作用,致使SZ硬度最高。HAZ和TMAZ均由残余初始α相和β转变组织组成,但后者具有一定的流变特征,且距SZ越近,转变组织占比越大,强化效果越明显。随着转速的上升,SZ中晶界α相和晶内片层状α+β相的尺寸增加,晶内针状α′相的含量降低,这引起了其硬度的降低。与硬度规律相同,各转速下接头拉伸均断裂在BM,且各转速下SZ抗拉强度明显高于BM,并随转速上升而下降。此外,SZ中细小的晶界α相和晶内片层状α+β相,也导致各转速下SZ延伸率高于BM,使其展现出良好的塑性,且随着转速上升,因晶界α相和晶内片层状α+β相尺寸增加,SZ延伸率有所降低。     

TC4钛合金激光焊接头微观组织和硬度

采用光学显微镜和场发射扫描电镜观察了TC4钛合金激光焊接接头的显微组织,测量了接头焊缝中心到母材的显微硬度。结果表明,母材由α相和其相界上断续分布的粒状β相组成。焊接接头组织由粗大等轴晶区、柱状晶区、细等轴晶区和热影响区过热组织组成。粗大等轴晶区组织形态有层片状α+β、魏氏体α和网篮状α+β3种,其显微硬度略低于柱状晶区和细等轴晶区,但比母材高;柱状晶区和细等轴晶区组织为针状马氏体,柱状晶区显微硬度相对较高。热影响区显微硬度与母材相差不大。