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.     

镍基合金与不锈钢异种金属电子束深熔焊工艺研究

针对第三代压水堆核电站中密封壳体(奥氏体不锈钢)与贯穿件(Inconel 690镍基合金)的异种金属焊接,采用真空电子束焊开展了焊接工艺研发,通过外观检测、射线检测等确定了焊接工艺。结果表明,在镍基合金和不锈钢电子束深熔焊中,主要缺陷形式为冷隔和钉尖缺陷。焊缝中出现冷隔的主要原因在于厚壁试件焊接时金属蒸汽逸出受阻,在较快的冷却速度下留在焊缝中所致。当工作距离增加时,焊缝熔深减小,金属蒸汽逸出的行程减小,焊缝中出现冷隔缺陷的尺寸和数量也减小,当工作距离与焊接热输入搭配合适时,焊缝中的冷隔缺陷将消失。     

基于视觉传感的电子束深熔焊熔透点的判别

基于视觉传感的方法,对钛合金电子束焊熔池表面特征量进行了提取.结果表明,当焊缝从未熔透向熔透状态过渡时,熔池宽度和熔池长度均明显减小,其中以熔池宽度的减小尤为显著.因此,选择熔宽作为判断熔透点的特征量.经分析熔宽可以作为熔透特征量,用于监测焊接过程中熔深状态的改变,为钛合金电子束焊熔透控制提供了一种有效途径.     

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.     

基于视觉传感的电子束深熔焊焊缝表面成形的预测

基于视觉传感的方法,获得了钛合金电子束焊熔池图像．采用二值形态学图像处理算法对熔池图像进行了处理,得到了熔池的边缘,并在此基础上利用自己开发的一套熔宽提取程序实现了熔宽的准确提取．找到了熔宽的波动性与焊缝表面成形之间的对应关系,当熔宽波动较大时,表面成形较差,而当熔宽波动较小时,表面成形较好．经过分析,提出用变异系数C...     

钛合金电子束深熔焊接头的组织及缺陷(英文)

对大厚度钛合金电子束焊接接头的显微组织、相组成和冷隔缺陷进行研究。结果表明,焊缝区组织为马氏体α′相;热影响区由细晶区和粗晶区两部分组成,细晶区组织为初生α相+β相+等轴α相,粗晶区组织为少量的初生α相+针状α′相;母材区组织基本上都是长条状和块状的初生α相,其间分布着少量残余β相。对冷隔的形成原因进行了分析,并提出了预防措施。     

电子束焊接Ti-60高温钛合金的适用性

通过分析Ti-60高温钛合金电子束对接焊接头的微观组织和力学性能,以及焊后热处理对Ti - 60接头高温拉伸与持久性能的影响,研究了电子束焊接高温钛合金的适用性.采用所选择的电子束焊工艺焊接高温钛合金,焊缝成形好,表面缺陷少.分别进行了Ti -60焊接接头的室温、550℃高温拉伸力学性能检测,并且针对高温钛合金电子束焊接接头中易出现针状α '相的现象,采用双重热处理工艺,改善接头性能.结果表明:电子束焊接高温钛合金,焊接适用性好,焊后双重热处理方法能够有效减少焊缝中针状α'相的存在,使得高温钛合金接头的高温拉伸力学性能与持久性能显著提高.     

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。     

高强近β型钛合金电子束焊的焊后热处理

论述了高强近β型钛合金电子束焊的焊后热处理对显微组织、力学性能和断裂特性的影响.随着焊后热处理温度的提高,将引起母材和焊接接头β晶粒中α沉淀相的粗化,并促使在β晶界处粗大的、更加连续的α相的长大.与显微组织的变化相一致,高的焊后热处理温度促进了母材及焊缝区硬度和强度的下降和韧性的提高.并在570℃/24 h,AC时效时达到最佳强韧性匹配.之后,随着时效温度继续升高,韧性反而会降低.     

电子束深熔焊熔质密度分布与熔池流动行为

利用计算机层析成像设备———工业CT分析了电子束焊缝中熔质密度分布 ,并进而分析了电子束焊接过程中熔池流动和小孔波动行为。熔质分布与材料的物理性能及焊接状况密切相关 ,其决定因素是小孔波动及其引起的熔池波动 ,以及蒸气冲击力。小孔强烈的波动和熔体紊流可以使熔质分布均匀化 ,但金属等离子蒸气冲击力会在焊缝中形成局部区过度富积熔质 ,而电子束流扫描搅拌可进一步促使熔质元素分布均匀化。完全穿透焊可以在根部通孔中释放高压等离子蒸气 ,使小孔内蒸气作用力相比部分穿透焊时的行为产生明显变化 ,而使熔质分布不同     

Numerical analysis on flow field of weld pool during deep penetration electron beam welding of titanium alloy

Flow field of weld pool during deep penetration electron beam welding of TA 15 titanium alloy was numerically and experimentally studied using a hybrid heat source of Gaussian surface heat source and rotational paraboloidal body heat source. And the formation mechanism of the weld pool flow field was analyzed. The results showed that the movement of the liquid metal in the top weld pool was the fiercest and weakened gradually in the middle and bottom of the weld pool. The maximum flow velocity of the liquid metal was about 0. 295 m/s in the top surface of weld pool. The primary driving forces of the movement of liquid metal in the weld pool were the recoil pressure of metal vapor and the surface tension.     

镁合金真空电子束深熔焊接及焊缝成形数值模拟

对10mmAZ61镁合金板材进行了真空电子束深熔焊接数值模拟研究.考虑到焊接过程中高温金属蒸气等离子体的热效应及真空电子束焊接"匙孔"深熔热效应特征,建立了高斯面热源与双椭球体热源复合的移动热源模型,采用数值模拟的方法研究了镁合金真空电子束焊接温度循环特征及不同焊接工艺对焊缝成形的影响.结果表明,建立的复合热源模型能够获得电子束深熔焊接的效果,并可模拟不同焊接工艺下的温度场分布与电子束热源作用下的焊缝成形,这也证明了该模型在AZ61镁合金电子束平板焊接的热效应模拟中有较好的适用性.     

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.     

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.     

填充金属对钛合金与不锈钢电子束焊接的影响(英文)

采用Ni、V、Cu等填充材料进行钛合金与不锈钢的电子束焊接实验。采用光学显微镜、扫描电镜及X射线衍射对接头的微观组织进行分析。通过抗拉强度和显微硬度评价接头的力学性能,分析讨论填充材料对钛/钢电子束焊接接头微观组织和力学性能的影响。结果表明:填充材料有助于抑制Ti-Fe金属间化合物的产生。所有接头均由固溶体和界面化合物组成。对于不同的填充材料,固溶体和界面化合物种类取决于填充材料与母材之间的冶金反应。对于Ni、V及Cu填充材料,界面化合物分别为Fe2Ti+Ni3Ti+NiTi2,TiFe和Cu2Ti+CuTi+CuTi2。接头抗拉强度主要取决于金属间化合物的脆性。采用Cu填充金属的接头抗拉强度最高,约为234 MPa。     

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．     

电子束非穿透焊中束流品质对焊缝质量的影响

针对电子束非穿透焊接,通过工艺试验研究束流品质与焊缝内部质量之间的关系,发现影响非穿透焊中产生钉尖缺陷的主要因素是束流品质的下部宽度和峰值能量,并进行了理论分析。采用Design-Expert软件响应面分析法,建立束流品质与焊缝熔深之间的数学模型。