钛合金平板电子束焊接残余应力的小孔法测量

采用小孔法对TC11平板真空电子束焊接接头的残余应力进行了测量,结果发现,其残余应力为以纵向残余应力为主的单向拉伸应力状态,横向残余应力数值较小,同时还将测量结果与有限元结果进行对比分析,证明了有限元模型的合理性和可靠性。     

铸造TC4钛合金电子束焊残余应力测试

对铸造TC4钛合金进行电子束焊接,使用X射线衍射法对焊后母材、热影响区以及焊缝的表面残余应力分布状况进行测试和分析。结果表明：垂直于焊缝方向的测试点上,焊缝及热影响区在横、纵两个方向上主要存在拉应力;剪切应力数值均在±50MPa范围内,可以认为对焊缝性能没有影响。沿焊缝长度方向的测试点上,无论横向应力还是纵向应力,焊缝起始端的应力值要低于焊缝终止端的应力值。纵向残余应力表现为拉应力,横向残余应力由压应力逐渐向拉应力方向转变。     

焊接过程对焊接残余应力及残余变形的影响

采用热弹塑性有限元法，对直通焊和多人同时分段焊两种焊接过程的平板对接焊时焊接应力变形和圆柱壳板环缝的焊接变形进行比较，认为多人同时分段焊直通焊无论在降低焊接残余应力还是焊接残余变形都具有非常显著的效果。     

表面处理对TC4钛合金激光焊接的影响

目的 为了提高TC4钛合金焊缝强度,满足实际生产的要求.方法 对TC4钛合金表面分别进行砂纸打磨、喷砂、涂覆石墨层以及激光扫描处理,然后采用2000 W光纤激光器对TC4钛合金进行拼接焊接实验.结果 对表面处理后的焊接焊缝熔深、抗拉强度进行了测试,结果表明,相对于未经过表面处理的焊缝熔深,采用表面处理后的焊缝熔深均增加了30％,焊缝抗拉强度均有增加,其中采用激光扫描处理后的焊缝抗拉强度达到最高的1106 MPa,超过了母材的抗拉强度.结论 激光扫描处理后,在材料表面形成的毛化现象,增加了材料对激光的吸收率,提高了焊缝的熔深,同时激光扫描过程中,未引入任何的杂质,不会产生裂纹及气孔,使焊缝的抗拉强度大于母材,满足实际生产要求.     

大型结构件焊接变形特征分析

从焊接残余应力产生机理入手,找出焊接变形的影响因素,通过数值分析推导焊接变形过程中残余应力产生的数学模型,用有限元模拟和试验方法检验模型并找出最优焊接方法．     

大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接变形和应力分析

目的 研究大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接,优化结构设计和工艺设计。方法 建立大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接数值分析模型,通过数值模拟的方法,定量分析大厚度奥氏体不锈钢筒体焊接变形和应力。结果 零件下部38 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为1.2 mm;零件下部60 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为2.0 mm;零件中部60 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为1.9 mm;零件上部60 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为1.8 mm。填丝激光焊接轴向收缩量为0.55 mm。焊接残余应力最大值在450 MPa左右,应力主要分布在焊缝附近。热处理后,焊接残余应力都有明显降低,最大残余应力从450 MPa左右降低到200 MPa左右,焊接残余应力范围存在一定程度减小;焊接残余变形变化较小,热处理后某些位置的变形略微有所增大。结论 模拟结果表明,大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接变形和应力在可接受范围内,焊后热处理对释放残余应力有重要作用。     

TC4钛合金激光焊接/超塑成形组合工艺研究

本文将超塑成形(SPF)和激光焊接技术(LW)相结合,开发激光焊接/超塑成形组合工艺(LW/SPF),研究TC4钛合金激光叠焊接头的超塑性变形行为,并对超塑性变形前后的显微组织进行分析.结果表明,TC4钛合金激光叠焊接头能够承受焊板的变形,试样在母材断裂,并通过四层板的模拟件研制验证了超塑成形/激光焊组合工艺工业应用的可行性.     

超窄间隙激光焊接TC4钛合金接头组织及性能研究

以TA2为焊丝,采用超窄间隙激光焊接方法焊接了10 mm的TC4钛合金板,间隙为2 mm。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和拉伸试验机分析了TC4钛合金接头的组织与性能。结果表明,选取合适的工艺可以实现TC4钛合金超窄间隙激光填丝焊接,获得无缺陷的焊接接头。接头由母材、热影响区、熔合区、焊缝组成,界线清晰。其中热影响区为网篮状组织,焊缝由大β晶粒组成,大晶粒内部为杂乱的α+α′相针状组织,热影响区晶粒明显细化。由于超窄间隙的啮合效应,接头最大抗拉强度为893 MPa,达到母材的84.7%,断裂位置在焊缝中心。焊缝区和热影响区的显微硬度高于母材,且在热影响区的显微硬度最大,接头整体显微硬度呈马鞍状分布。     

TC4钛合金薄板激光焊接头疲劳性能研究

研究了TC4钛合金薄板母材及其激光焊接头的拉伸和疲劳性能.结果表明:与母材相比激光焊接头的强度升高,延伸率下降;拉伸试样均断在母材.激光焊接头的疲劳寿命在低应力水平时高于母材,而在高应力水平时低于母材.在疲劳扩展区,母材为韧性穿晶断裂,熔合区则呈现出韧性和脆性相混合的断裂形貌;在瞬断区,母材由等轴韧窝组成,而熔合区主要为粗大的穿晶解理平面.     

钛合金薄板激光和钨极氩弧焊残余应力测试研究

采用小孔释放法对钛合金薄板激光焊和钨极氩弧焊(TIG焊)的焊接残余应力进行了测试，并分析了焊接方法、焊接线能量和焊后热处理对残余应力分布规律的影响。研究结果表明：激光焊残余应力分布规律与普通熔焊方法相似，但其分布区域较窄；在热影响区内，激光焊残余拉应力值比TIG焊的约低100MPa；在焊缝及其熔合线附近，激光焊残余应力却比TIG焊的高。对于不同线能量激光焊接，线能量越大，焊缝越宽，热影响区的残余应力也越大。焊后真空热处理能降低残余应力90％。     

激光相变热处理对TC４电子束焊缝残余应力的影响

利用CO２激光相变热处理技术对TC４钛合金电子束焊缝进行了处理,研究了激光功率、光斑直径、 辅助气体等激光工艺参数对电子束焊缝残余应力分布的影响。实验结果表明,激光相变热处理改善了焊缝残余 应力的分布,使焊缝表面残余应力由拉应力转变为压应力,其压应力值随着激光功率的增加而增大,随着激光 光斑直径的减小而增加;辅助气体为O２时残余压应力值比辅助气体为N２大３０～４０MPa,激光相变热处理显著 提高了TC４钛合金电子束焊缝的残余压应力及其使用寿命。     

基于ANSYS的TA2板材等离子弧焊接有限元分析

采用ANSYS有限元软件模拟了4 mm厚TA2板材等离子弧焊接过程,计算分析了焊接过程中瞬态温度场分布特征,并在温度场的基础上采用热-应力耦合方法计算分析了TA2等离子弧焊接头应力场分布和焊件的变形特征。结果表明,接头焊缝形貌与实际焊接过程基本吻合,温度场分布呈椭圆形特征,并且在近焊缝处具有较高的温度梯度;焊件中应力呈现拉应力和压应力共存,在焊接过程的瞬态应力场中,热应力为主要因素,而在残余应力分布中,塑变应力为主要因素;焊接完成后的变形呈现角变形特征,最大变形量2.3 mm。     

TC4钛合金板材电子束焊接疲劳性能

研究了不同工艺电子束焊接TC4钛合金板材的疲劳性能及断口金相组织。结果表明:工艺为V=150kV、If=366mA、v=600mm/min、Ib=69mA的试样焊缝的疲劳性能最好;气孔和冷隔作为应力集中源起作用而易成为裂纹源;焊缝及母材断口均由小断块组成,断块上有典型的疲劳辉纹;工艺为V=90kV、If=1654mA、v=600mm/min、Ib=51.1mA和V=150kV、If=342mA、v=200mm/min、Ib=29mA的试样焊缝疲劳辉纹间距较母材大,即扩展速率较母材快,疲劳性能不如母材;焊缝柱状晶内的网篮状马氏体组织越粗大,裂纹扩展性能越差;裂纹的扩展方式主要是穿晶断裂,相邻柱状晶内的网篮状组织取向差别太大,穿晶扩展受阻,裂纹便改沿晶扩展。     

Ti2AlNb合金电子束焊接头残余应力及变形的数值模拟

目的 研究平板对接电子束焊接过程中Ti2AlNb合金接头的残余应力及变形规律。方法 采用高斯圆柱体和高斯面组合热源模型模拟了6.6 mm厚的Ti2AlNb合金平板对接电子束焊过程,对比研究了高焊速高束流和低焊速低束流2种工艺参数下焊接接头的残余应力和变形分布规律,并用小孔法测量了焊缝中心及距焊缝中心10 mm位置的残余应力值。结果 在高焊速高束流参数下,获得了熔池体积小、熔池宽度窄(为3.62 mm)、深宽比高的焊缝;在该参数下焊缝横截面上的高应力集中区(应力在900 MPa以上)尺寸较小,其宽度仅为低焊速低束流参数下的89%;同时,在高焊速高束流参数下,焊缝法向变形最大值为0.79 mm,低于低焊速低束流参数下的0.82 mm;模拟计算所得残余应力与实测值的误差在5.64%以内。结论 高束流高焊速工艺具有热输入小、热量集中、加工效率高的特点,有助于获得高应力集中区域小、深宽比高、变形小的焊缝,比低束流低焊速工艺更具优势。     

基于正交试验的TC4钛合金激光焊工艺优化研究

目的 探究激光功率、焊接速度、离焦量对TC4钛合金激光焊接接头宏观形貌、微观组织及力学性能的影响。方法 通过正交试验方法,研究激光功率、焊接速度、离焦量对接头拉伸性能的影响,并将这3个工艺参数转换为热输入,进一步研究热输入对接头形貌、组织及力学性能的影响。结果 当热输入低于95 J/mm时,焊接接头上下熔宽比较大,焊缝截面呈“V”形;当热输入高于250 J/mm时,接头组织晶粒粗大,甚至出现气孔、错边等冶金缺陷;当热输入为125 J/mm时,焊缝成形美观,焊接接头上下熔宽比接近1,焊缝截面呈“H”形。焊缝区组织主要由原始α相、β相及冷却阶段生成的αʹ相组成,随着热输入的增大,β相柱状晶尺寸逐渐粗化,αʹ针状马氏体相尺寸也相应增大。此外,焊接速度和离焦量对拉伸性能有显著影响,拉伸性能随着热输入的增大呈现先升高后降低的趋势,断口呈韧性断裂特征。当热输入为125 J/mm时,拉伸性能达到最佳,断裂位置发生在母材区,抗拉强度为1 010 MPa,断后延伸率为9.82%;焊缝区中心区域显微硬度高于热影响区及母材区显微硬度。结论 当热输入为125 J/mm时,在TC4钛合金激光焊下,可获得成形美观、性能优良的焊接接头。