Effect of weld microstructure on weld properties in A-TIG welding of titanium alloy

1　INTRODUCTIONTheactivatingTIGwelding (A TIG)wasfirstlydevelopedbyPatonWeldingInstitute ,Ukraine ,inthe 196 0s[1,2 ] .Itisnotuntiltheendof 1990sthatA TIGweldinghasbeenwidelyresearchedinEuropeandUS ,forexample ,TWIandEWI[3] .Thefluxes ,whichweredevelopedbyEWI ,havebeenappliedintheUSNavyshipbuildingindustry[4 ] .Theprincipleofthistechniqueisthatathincoatingofactivatingfluxiscoatedonthesurfaceofthebasemetalbeforeweld ing .ComparedwiththeconventionalTIGwelding ,the penetrationca…     

单一成分活性剂对铝合金作用效果的研究

活性化TIG(A-TIG)焊已成为近年来的研究热点,但主要集中在不锈钢和钛合金两种材料,在铝合金中的应用较少.针对铝合金A-TIG焊进行了初步的研究和探索,选择四种单一成分的活性剂,采用表面两侧涂敷方式,通过2A14铝合金的平板堆焊实验,研究了在相同规范下不同活性剂对焊缝熔深、焊缝成形、气孔和微观组织的影响.实验结果表...     

激光辅助活性焊接法

提出了激光辅助活性焊接的方法,研究了焊接参数对激光熔化处理后TIG焊接熔深、熔宽的影响.首先,使用极小功率激光在氧气保护下熔化焊件表面,使焊缝表面的氧含量增加.然后使用普通的TIG焊接,覆盖激光焊缝,达到增加熔深的目的.利用此方法,不使用活性剂就可以使TIG焊焊接熔深增加约2倍,与A-TIG焊相比没有表面熔渣,表面成形较好.小功率激光处理后焊缝中O元素含量增加,熔池表面张力温度系数由负变正,导致激光辅助活性焊熔深增加.

Abstract：

On the bases of the study for the mechanism of the increasing of A-TIG welding penetration, a new method of activating TIG welding, the laser aided activating TIG welding was proposed. At first, the surface of weld was melt by the mini power laser protected by oxygen. As a result, the oxygen content increases in the weld pool surface. Then the conventional TIG welding was used to cover the weld. The oxygen could change the direction of fluid flow in molten pool, which leads to the weld beads with narrower width and deeper penetration. Without the activating flux, the penetration can be increased by 2 times. There is no slag in the surface of weld and the appearance is good. The oxygen can change the temperature dependence of surface tension gradient from a negative value to a positive value; and cause the significant changes in the weld penetration. Fluid flow could be inward along the surface of the weld pool toward the center and then down. This fluid flow pattem transfers heat to the weld root and produces a relatively deep and narrow weld efficiently. This change is the main cause to increase the penetration.     

5083铝合金TIG焊接头组织与性能分析

采用TIG焊方法,以ER5356焊丝作为填充材料,对板厚为12 mm的5083铝合金进行了焊接试验研究.结果表明,在文中推荐的焊接参数条件下,可以获得优良的焊接接头,满足美国船级社(ABS)、中国船级社(CCS)的标准要求.对显微组织观察发现,焊缝组织细小均匀,主要为α-Al和β-Al₃Mg₂相,热影响区组织相比焊缝区有一定的粗化,母材为沿轧制方向的纤维状组织.对力学性能测试分析,焊接接头的抗拉强度达到母材强度的90%以上,并具有良好的抗冷弯性能.     

TWIP钢TIG焊接接头的组织与性能

研究了TWIP(21Mn24Cr5Ni2Al2Si)钢冷轧板手工TIG焊接后的焊接接头组织和力学性能。结果表明,焊接接头和母材组织均为单一奥氏体,且不形成孪晶,拉伸后的组织有少量形变孪晶。母材的抗拉强度和显微硬度远高于焊接接头,母材伸长率略低于焊接接头;母材断口为准解理断裂,无缩颈;焊接接头为韧窝型韧性断裂,有明显缩颈。母材和焊接接头的性能有巨大差异,且TWIP效应不明显,有必要对其整体进行固溶处理。     

不锈钢电弧辅助活性TIG焊

针对不锈钢,提出了一种新型活性YIG焊方法--电弧辅助活性TIG焊,即AA-TIG焊(arc assisted activating TIG welding).该焊接方法通过在正常TIG焊前以活性混合气体作为保护气体,采用小电流钨极电弧预熔待焊焊道表面,可使熔深显著增加,焊接效率大大提高,而且具有可全自动化焊接和工艺可重复性好等优点.分别采用O2+Ar,CO2+Ar,空气作为小电流钨极电弧的保护气体进行了单弧AA-TIG焊.与传统TIG焊比较,发现O2+Ar,CO2+Ar和空气都可显著增加熔深,减小熔宽,焊缝表面成形良好.采用CO2+Ar作为活性混合保护气体进行双弧AA-TIG焊,焊缝成形良好,熔深显著增加.熔深随着焊枪间距减小而增大.     

电弧辅助活性TIG焊焊缝组织及性能分析

电弧辅助活性TIG焊(arc assisted activating TIG welding,AA-TIG焊)是一种新型高效焊接方式,该方法可以分为分离电弧AA-TIG焊和耦合电弧AA-TIG焊两种方式.试验采用不锈钢为母材,通过改变辅助电弧中氧气引入量,分析焊缝组织及性能的变化规律.结果表明,焊缝组织以奥氏体为主,在奥氏体边界析出少量的铁素体,此时焊缝的抗拉强度变化不大,随着氧气引入量的增大,焊缝的低温冲击韧性有所下降;相对于分离电弧AA-TIG焊,耦合电弧AA-TIG焊焊缝的冲击韧性下降较少.在氧气的引入量低于2 L/min时,耦合电弧AA-TIG焊焊缝冲击韧性较好,甚至超过普通TIG焊焊缝.     

光纤激光辅助TIG焊焊缝成形特点及影响因素分析

在活性焊接法研究的基础上提出了激光辅助TIG焊方法.焊前在氧气保护下采用小功率激光器熔化焊道表面,然后用常规TIG焊覆盖激光预熔焊道,从而可使熔深增加,熔宽减小.结果表明,激光预熔和未预熔焊道熔深、熔宽均随焊接电流的增加而增加,但激光预熔焊道熔深增加的更快;焊接速度的增加使激光预熔和未预熔焊道熔深、熔宽均减小;随激光功率增加,焊道熔深增加,熔宽减小;随预熔速度的增加,熔深先增大后减小,熔宽先减小后增大.综合最佳参数后可以得到焊缝熔深增加明显、焊缝表面成形良好的焊道,从而可以发展为一种新的活性焊接法.     

SiO2活性剂对不锈钢钨极氩弧焊电弧现象的影响

通过研究SiO2活性剂TIG焊焊接不锈钢过程中电弧形态、电弧电压及焊缝几何形状的变化,分析了SiO2活性剂钨极氩弧焊电弧等离子体形态、电弧空间电场强度、电弧温度、电弧电流密度及电弧力的影响.结果表明,SiO2活性剂使TIG焊电弧等离子体收缩,加热区域及电弧力更加集中,同时电弧空间电场强度、电弧温度及电流密度显著提高,导致焊缝几何形状变化,但焊道熔宽未发生明显变化.     

铝合金活性TIG焊熔池表面化学反应分析

针对铝合金交流A-TIG焊、FB-TIG焊和FZ-TIG焊,研究活性剂与熔池表面金属或表面氧化膜之间的化学反应,对于确定这些焊接方法的可行性和指导活性剂配方开发具有重要意义.通过焊缝表面焊渣XRD分析,并采用物质吉布斯自由能函数法进行反应热力学计算分析了熔池表面发生的化学反应.发现采用FZ108+SiO2的FZ-TIG焊发生了活性剂FZ108与熔池金属之间的吸热反应,能起到收缩电弧增加熔深的作用;对于采用FZ108的A-TIG焊,反应所吸收或放出的热量少,对收缩电弧的作用也很小;对于采用SiO2的FB-TIG焊,未发生活性剂与熔池金属和表面氧化膜之间的化学反应,不会通过该反应过程影响电弧.     

厚板钛合金窄间隙TIG焊接头组织与性能

采用氩弧焊的方法在窄间隙条件下,采用TIG填丝多层焊的方式实现了TC4厚板钛合金的优质连接．结果表明,通过优化焊接参数和合理的惰性气体保护方案设计,保证了接头的完整性与可靠性．通过宏观和微观金相分析,发现窄间隙焊接条件下晶粒生长遵循联生结晶生长规律;由于受到焊接热循环的作用,致使接头显微结构随着冷却速度变化呈现不同的组织结构;窄间隙TIG焊接头因啮合强化而使得接头强度得到提高,焊缝的平均强度达到母材的90％以上．     

高碳含铜TWIP钢TIG焊接头组织与性能

通过单向拉伸试验、显微组织观察、X射线衍射(XRD)和硬度测试对比研究了Fe-20Mn-3Cu-1.38C TWIP钢钨极氩弧焊(TIG)焊接接头固溶处理前后的组织和力学性能. 结果表明,固溶处理前焊缝组织为特定取向的柱状晶,整个焊缝组织晶粒粗大且分布着密集的颗粒状碳化物,热影响区(HAZ)在晶界有大量碳化物析出;固溶处理后,焊缝组织变为等轴晶,碳化物被完全固溶,焊接接头抗拉强度由953 MPa降为870 MPa,断后伸长率由41.85%提高至66.35%,低于母材性能(抗拉强度1 100 MPa,断后伸长率92.25%),但相比固溶处理前,综合力学性能显著提高;两种拉伸试样均断在热影响区,为典型韧性断裂.     

氮氧元素联合过渡对气体熔池耦合活性TIG焊电弧的影响

针对外层引入氮氧混合气体的气体熔池耦合活性TIG焊电弧,采用Boltzmann作图法分析在不同耦合度下电弧等离子体的温度分布和电弧电压的变化规律,并与传统TIG焊及外层只引入氧气的气体熔池耦合活性TIG焊进行比较. 结果表明,氮氧联合过渡时气体熔池耦合活性TIG焊电弧的中心区域温度和电弧电压均高于传统TIG焊与外层只引入氧气时的气体熔池耦合活性TIG焊的数值;当耦合度由0变为+2时,电弧中心区域温度与电弧电压均略有升高.     

一种镁锂合金的TIG焊接组织与力学性能(英文)

以氩气为保护气体,用同种合金的焊丝对一种2mm厚的超轻镁锂合金板进行TIG焊接,研究焊接接头的显微组织和力学性能。结果表明,与母材相比,焊缝区晶粒细小,热影响区晶粒粗大。焊件的抗拉强度为母材的84%,断裂发生在热影响区,属于韧-脆混合性断裂。焊接后,焊缝区的Al和Ce在晶界处富集。     

两种TIG焊工艺对LD10接头力学性能的影响

对5.5 mm厚度的LD10(2A14-T6)铝合金进行了两种工艺的TIG焊接,采用热电偶测定了接头的热循环曲线,分析了不同工艺对接头力学性能的影响.结果表明,两面三层焊热影响区中同一点先后经历三次热循环,导致过时效区硬度大幅下降,拉伸时断裂于此;焊缝区各层所经历的热过程不同,导致其硬度起伏较大.与两面三层焊相比,单面两层焊有更高的抗拉强度,为358.3 MPa,热影响区范围窄,且过时效区硬度比三层焊时高,但焊缝中气孔和晶界网状分布的第二相的存在使焊缝和接头的塑性相对降低.     

Experimental study on activating welding for aluminum alloys

0IntroductionAluminum alloys have more and more intensive appli-cations in many areas,including chemical vessel,aviationand space industry,ship and automobile,electrical poweretc,because of light weight,high intensity and corrosionproof.But,the weld penetration is normally poor becauseof its high thermal conductivity coefficient,high specificheat capacity.In order to improve weld penetration,eitherwelding processes with high power density or extra proces-ses such as preheat are required,which …     

ZnCl2和TiO2活性剂对镁合金TIG焊的影响

进行了单侧涂敷活性剂和两侧涂敷活性剂焊接镁合金的研究,分析了不同活性剂对焊缝及电弧的影响.结果表明,在单侧涂覆活性剂和两侧涂敷活性剂试验中,ZnCl2活性剂增加熔深的效果均优于TiO2活性剂.涂敷同样的活性剂,熔深增加的效果随着涂敷活性剂偏移量或间隙量的增大而减小.在单侧涂敷活性剂试验中,ZnCl2活性剂对熔池的偏移作用更明显.热稳定性差的ZnCl2活性剂改变电弧导电通道,使电弧形态发生明显改变.而热稳定性好的TiO2活性剂没有改变电弧导电通道,其电弧形态未发生明显改变.     

活性剂对镁合金交流A-TIG焊的影响

分别以单质Te,Ti和Si,氧化物SiO2,TiO2和V2O5,卤化物MnCl2,CdCl2和ZnF2作为表面活性剂进行了镁合金交流A-TIG焊,研究了活性剂对焊缝成形和组织的影响规律.Te粉,ZnF2和CdCl2都能明显增加熔深,其中Te粉使熔深达到传统TIG焊的1.6倍,焊缝深宽比达到0.43.Ti粉对焊缝熔深熔宽几乎没有影响.V2O5,SiO2,TiO2,MnCl2和Si粉都使得焊缝熔深熔宽减小.在三种明显增加熔深的活性剂中,Te粉和ZnF2都使得焊缝组织晶粒细化,而CdCl2使得焊缝组织晶粒略有粗化.结果表明,活性剂增加镁合金ATIG焊熔深主要与活性剂粒子和电子复合导致电弧收缩有关.     

管板全位置活性焊接法

对活性剂在管板全位置焊接中的应用进行了研究.在不开坡口的情况下,将活性剂刷涂到角焊缝待焊区域,依据各种焊接位置活性剂对熔池受力状态的影响和熔深增加机理,将管板分段,对壁厚为3 mm的低碳钢管板角伸出焊缝施焊,通过试验确定了最佳的焊接工艺参数.所得的焊接接头性能满足相关标准,扩大了活性剂的使用范围,突破了管板全位置焊接厚...     

新型Al-Mg-Mn-Er合金TIG焊接头的微观组织及力学性能

对一种Al-Mg-Mn-Er合金薄板进行TIG填丝焊接,并研究接头的微观组织以及力学性能. 结果表明,焊缝中心为等轴树枝晶,熔合线附近未出现典型的联生结晶形貌,而是存在着一个宽度约为100 μm的细晶带,热影响区出现再结晶组织. 焊缝中的析出相主要以初生Al₃Er的形式存在,与母材相比,焊缝中初生Al₃Er的尺寸更加细小,分布更加均匀,焊缝中次生Al₃Er的数量相对较少,而且这些次生Al₃Er是焊接时母材中未熔化而保留下来的. 焊接区和热影响区的硬度均低于母材,其中焊缝区的硬度最低. 随着焊接热输入的增加,接头的抗拉强度先增加后减小,当焊接热输入为218 J/mm时,接头的抗拉强度最高,达到母材的71.4%,试样的断裂位置均位于焊缝区,断口形貌呈现韧性断裂特征.