TA1中厚板电子束焊接头疲劳裂纹扩展速率研究

针对厚度为30 mm的TA1工业纯钛试板开展电子束焊接试验。通过对焊接接头的母材、热影响区和焊缝进行微观组织及维氏硬度测试,分析焊接过程对TA1材料组织及性能的影响。将疲劳裂纹扩展特性与接头各区域组织相结合,论述微观组织分布差异对焊接试样宏观裂纹扩展路径及裂纹扩展速率的影响。结果表明:与TA1母材相比,电子束焊接头焊缝及热影响区具有更高的疲劳裂纹扩展抗力,导致疲劳裂纹扩展路径发生偏折并最终偏向母材。与具有等轴α相的母材相比,电子束焊接过程中生成的锯齿α及α柱状晶对疲劳裂纹扩展具有阻碍作用。在应力比为0.1的试验条件下,焊缝处的疲劳裂纹扩展速率最低,热影响区其次,母材最高。     

TA19钛合金电子束焊接头微观组织与性能研究

采用电子束焊接方法对TA19钛合金进行焊接,分析了电子束焊接头各区域的显微组织类型及形貌,测试了接头的显微硬度、室温拉伸、疲劳裂纹扩展速率及断裂韧性等力学性能,并与TA19钛合金母材进行对比。研究表明,焊缝区为粗大的柱状晶组织并存在大量相互交错分布的针状马氏体相,热影响区内随着离熔合线距离的增加马氏体数量逐渐减少;焊缝区显微硬度最高,比母材区显微硬度高出约HV80,随着向母材区过渡显微硬度逐渐降低;焊接接头室温抗拉强度、屈服强度性能及断面收缩率均与母材基本相当,但延伸率略有下降;焊缝区粗大的柱状晶组织硬度高,脆性大,导致焊缝区对疲劳裂纹扩展的抗裂性要低于母材;母材及焊缝KIC值分别为54.49和52.88 MPa·m^1/2,母材抵抗裂纹扩展断裂的能力略好于焊缝。     

钛铝异质自冲铆接头疲劳性能及失效机理

对纯钛(TA1)和铝锂合金(AL1420)异质单搭自冲铆接头进行静力学实验和疲劳实验研究,通过三参数经验公式采用S-N曲线拟合法绘制接头的S-N曲线,分析接头的疲劳性能;采用扫描电子显微镜对接头疲劳断口进行观测,研究接头的微观疲劳失效机理.结果表明:接头的静力学性能与疲劳性能不具有一致性,TA1-AL1420(TA)接头静力学性能更优,但其疲劳性能比AL1420-TA1(AT)接头差;TA接头疲劳失效形式为下板断裂,疲劳裂纹萌生于靠近铆钉脚处的板材区域,随后沿着板宽方向扩展,最终导致下板完全断裂.AT接头在短寿命区因铆钉断裂失效,铆钉的断口属于脆性疲劳断裂;在中长寿命区出现铆钉断裂和下板断裂的混合失效形式,疲劳裂纹从下板一端萌生,沿着板宽向另一端方向扩展,导致下板断裂失效.      

TA1中厚板电子束焊接组织性能及接头强化原因分析

采用真空电子束焊对30 mm厚TA1工业纯钛试板开展焊接试验,结合光学金相显微镜(OM)、维氏硬度、拉伸试验及电子背散射衍射(EBSD)对接头进行宏微观组织性能检验,分析电子束焊接过程对TA1材料微观组织与力学性能的影响及接头强化原因.结果 表明:电子束焊接热循环过程使TA1母材至焊缝组织由等轴α向锯齿α转变;焊缝及热影响区的强度、硬度均高于母材;接头性能得到强化与锯齿α及针状α马氏体对硬度的提升作用、焊缝及热影响区内细小的锯齿状α晶粒以及微细孪晶对焊接组织的细化作用有关.     

焊接接头疲劳行为研究

为了研究焊接接头的疲劳行为和焊接疲劳裂纹在焊接接头不同区域的扩展规律,设计了焊接接头的轴向疲劳试验和疲劳裂纹扩展试验。通过轴向疲劳试验,得出了在不同条件下的S-N曲线和S-N方程;通过疲劳裂纹扩展试验,得出疲劳裂纹扩展的门槛值,以及从疲劳裂纹产生到失效的疲劳寿命。     

焊接方法对钛合金板焊接接头组织性能的影响研究

本文通过对不同焊接方法下钛合金板接头组织性能展开研究，对比分析了氩弧焊、冷焊、激光焊、电子束焊以及电阻点焊之间的异同之处，对使用各焊接方法的焊接接头进行强度、硬度、塑性、韧性对比，综合判断各焊接方法的优缺点与适用环境。实验结果表明：氩弧焊最好使用TA18焊丝，接头强度平均值为982.5MPa，伸长率为7.5%，强度和塑性匹配良好；冷焊焊缝区硬度小于热影响区，且不宜发生变形，平均接头强度为974.5MPa；激光焊接头伸长率与母材相似，平均接头强度为956.5MPa；电阻点焊接头的剪切应力与薄板件厚度、焊接电流强度和通电时间等因素正向相关。综合分析发现，对焊接质量要求较高的，需要使用高精度的电子束焊接。     

超声冲击处理对TA15钛合金板材焊缝残余应力的影响

由于焊接过程中的温度分布不均匀,在焊接接头处会引入较大的残余应力,对焊接构件稳定性产生不利影响,超声冲击处理(UIT)则是常用的消除残余应力的方法。采用电子束焊接方式对3 mm厚TA15钛合金板材进行焊接,随后对焊接板材焊趾部位进行超声冲击处理。在光学显微镜下观察焊接接头的显微组织,利用X射线应力仪测量焊接接头的残余应力,研究超声冲击处理对焊接接头残余应力的影响。结果表明,对于TA15钛合金板材,电子束焊接接头呈"倒三角"形,焊缝处晶粒粗大;超声冲击处理能够降低焊缝表面的残余应力,并将残余拉应力转化为残余压应力。对焊趾部位超声冲击处理后,电子束焊接板材焊缝处的平均残余应力从200 MPa降低至-53 MPa。     

Ti60合金板材电子束焊接接头组织性能研究

研究了Ti60合金板材电子束焊接接头的显微组织与力学性能.研究表明,焊接接头熔合区中的显微组织由针状α′相、α相和β相组成,热影响区的显微组织为β相转变组织、针状α′相及部分未溶解的等轴初生α相组成的混合组织.焊接接头硬度呈不均匀分布,焊缝熔合区的硬度最高,热影响区次之,母材区最低.焊接接头的室温和高温拉伸均断裂于母材区,焊接接头处拉伸强度等同于接头处母材区的强度.焊接接头的持久断裂均发生于焊缝区域,接头的持久寿命均100 h.     

TB2钛合金电子束焊接接头组织与性能的试验研究

分析了TB2钛合金电子束焊接接头的显微组织结构，结合焊接接头的显微硬度分布规律以及力学性能试验结果，分析了焊接接头不同区域的性能。结果表明：TB2钛合金具有良好的可焊性，焊接接头强度系数高于0．95，塑性低于母材，采用炉冷方式可获得较好的延伸率，空冷次之，水冷最差；焊缝区内有弥散α析出的β晶粒，热影响区晶粒长大不是特别明显。焊缝区硬度最高，塑性差，且焊缝热影响区较窄。     

超声冲击对P355NL1钢焊接接头超高周疲劳性能影响

 通过超声疲劳试验探究超声冲击对P355NL1钢焊接接头超高周疲劳性能的影响。结果表明,由疲劳[S-N]曲线可知,在105～109寿命区间内,冲击态试样的疲劳性能要高于焊态试样,在1.0×108的疲劳寿命下,焊态试样的疲劳强度为139 MPa,冲击态的疲劳强度为217 MPa,冲击态疲劳强度相较于焊态提高了56%,这表明超声冲击可以明显提高焊接接头的疲劳强度。利用扫描电镜（SEM）观察断口形貌可以发现,裂纹源位于焊接接头焊根区表面。P355NL1钢焊接接头疲劳断裂为准解理断裂,超声冲击可以提高焊接接头的疲劳强度,但不会改变其疲劳失效机理。超声冲击可以降低焊根处应力集中,引入有益压应力和表面晶粒细化,从而提高焊接接头的疲劳强度。     

6005A铝合金CMT与MIG焊接头组织及性能研究

针对2mm厚6005A铝合金采用冷金属过渡(CMT)和熔化极惰性气体保护(MIG)焊接技术进行焊接,研究了两种焊接接头的力学性能、拉伸断口形貌,接头不同位置的微观组织。研究表明,CMT焊接头的抗拉强度好于MIG焊接头,达到母材的70%,焊缝组织更为细小;两种焊接接头断裂位置均为热影响区,CMT焊接接头为韧性断裂,MIG焊接接头为韧性断裂与准解理断裂的混合断裂。     

TC4钛合金TIG焊接头组织及缺陷分析

针对20 mm厚钛合金开展了TIG焊接工艺试验,采用两种不同的焊接热输入,从组织、性能及焊接缺陷等方面对接头进行了研究。结果表明:接头焊缝区的马氏体较熔合区及热影响区的马氏体分布更加弥散,热影响区马氏体的数量更少且更为细小;焊缝晶粒尺寸随着焊接热输入的增大而增大,晶粒内部的马氏体尺寸也越大且分布越弥散;焊接速度过快是导致气孔缺陷的主要原因,也是严重降低接头力学性能的重要原因。应严格控制焊接热输入,防止接头晶粒粗大,避免产生异常组织和裂纹等缺陷。     

AF1410钢电子束焊接件在模拟海洋环境中的腐蚀行为

采用中性盐雾试验模拟海洋环境,研究了AF1410钢电子束焊接接头不同位置、不同暴露时间的腐蚀电化学阻抗谱特征,并结合电子束焊接接头组织结构分析评价了焊缝熔合区及母材的耐腐蚀性能及电化学行为.开路电位及阻抗谱研究表明,焊缝熔合区的粗大回火马氏体和析出碳化物易构成腐蚀电池,比基材腐蚀反应阻力小,易引起电化学腐蚀.建立了不同腐蚀阶段的阻抗谱等效电路,并对其进行了拟合.      

TC4钛合金线性摩擦焊接头组织及性能研究

采用XMH-160型线性摩擦焊机焊接TC4钛合金板材,观察了焊接接头形貌及焊缝组织,测试了焊接接头的力学性能.结果表明,TC4钛合金适于采用线性摩擦焊接,焊接接头的室温拉伸性能、冲击韧性和高周疲劳性能不低于母材.其线性摩擦焊接头大致可以分为焊缝区和塑性变形区两个区域,焊缝区域原始组织被破碎,晶粒细小;塑性变形区域原始片层组织被压扁拉长,与焊接振动方向呈近平行的流线状.     

铝合金焊接接头组织及疲劳损伤行为研究

为了加深对铝合金焊接接头的特征的了解,帮助铝合金材料实现更好的应用和优化,提出铝合金焊接接头组织及疲劳损伤行为研究。分别研究了其在宏观和微观上的组织特征,以此为基础,分析了其在焊接接头疲劳断裂模式和疲劳断口的特征。结果表明在熔敷金属与铝合金材料间具有较高的熔合度,气孔主要聚集在熔合线处,接头处铝合金在保持轧制纤维状组织结构同时,有不规则的结晶情况发生。低应力疲劳断裂模式下,焊缝处不会发生明显的塑性形变,在焊接接头的断口处,疲劳条带粗且明显,条带间距约为1.5μm,高应力疲劳断裂模式下,焊缝处形成明显裂纹,产生塑性形变,在焊接接头的断口处,疲劳条带细且密集,条带间距约为0.13μm。通过该研究,以期为提高铝合金性能的研究提供有价值的参考。     

6061铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能研究

采用搅拌摩擦焊方法(FSW)对6 mm厚的6061-T4铝合金板材进行对接,焊后利用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)分析、对比了焊接接头和母材的显微组织和断口形貌特征,并测试了其室温拉伸性能和显微硬度。实验结果表明:选择了适合于6061-T4铝合金板材搅拌摩擦焊的工艺参数:焊接时搅拌头旋转速度为1200 r.min-1,工件的进给速度为300 mm.min-1,在此参数下获得了与母材等强度、韧性接近于母材的焊接接头,为此种合金应用于汽车关键零部件提供了可靠的工艺方法。FSW板材接头焊核区的组织和性能明显优于其他区,热影响区是接头最薄弱的部分,焊核区的硬度最高,而热影响区的硬度最低,焊缝金属发生回复再结晶使晶粒细化。断口分析表明,断裂发生在热影响区,由于搅拌头的旋转运动和热量的累积,该区存在晶粒长大、组织粗化现象。对工艺参数的优化实验表明,搅拌头旋转速度与焊接速度对接头性能的影响存在一定的适配关系,通过工艺参数的调整可以有效地控制热影响区的焊缝组织和改善焊接接头的性能。细晶强化是搅拌摩擦焊接头强度与韧性提高的主要原因。     

TiAl合金建筑材料焊后热处理组织及性能研究

对建筑用TiAl合金电子束焊接接头进行了两种热处理试验研究,借助金相显微镜(OM)分析了接头不同区域的显微组织,并对焊接接头进行显微硬度测试,分析了两种热处理方式对建筑TiAl合金焊接接头组织及硬度带来的变化.研究表明,TiAl合金电子束焊接后焊缝组织主要为α2相,B相与O相.焊接接头局部热处理后接头硬度较高的区域有所增加,但整体呈下降趋势;热处理后,TiAl合金电子束焊接后合金焊缝区的B2相尺寸减小,但B2相分解的O相板条尺寸变大.整体热处理后焊接接头的显微硬度整体有所降低.两种热处理均能降低焊缝区显微硬度,并分布较为平稳.     

50 mm厚板TC4及TA17钛合金真空电子束焊接工艺研究

采用JMATPRO热力学软件,在分析TC4和TA17钛合金的密度、比热和导热率等特性的基础上,开展了厚度50 mm的TC4和TA17钛合金真空电子束焊接试验,设计了高压和中压加速电压,不同焊接束流和焊接速度的参数变化,研究了焊接工艺参数对焊缝熔宽和熔深及焊缝成形系数的影响作用。试验结果表明,相同焊接工艺参数条件下TC4钛合金的熔深和焊缝成形系数较TA17高,焊接束流对熔深和焊缝成形系数影响能力最为突出,加速电压150 kV的高压更适合于大厚板钛合金的真空电子束焊接。     

Inconel 718高温合金SMAW焊接接头组织及力学性能研究

对Inconel 718镍基高温合金进行焊条电弧焊(SMAW)焊接试验,研究其接头显微组织和力学性能。结果表明,焊接接头由五部分组成,分别为焊缝区、细晶区、不完全再结晶区、粗晶区以及基体;由于焊缝区有大量Laves相的存在,导致焊缝区为焊接热影响最薄弱的区域,拉伸试样断裂位置在焊缝处;显微硬度测试表明焊缝区硬度最低,母材硬度最高。     

铝合金航行器运载体法兰与过线管焊接渗漏原因分析及改进

针对水下航行器运载体5A06焊接结构件密封焊缝处在外水压下频繁渗漏的现象,对铝合金材料焊接性、不等厚焊接结构及焊缝组织等方面进行分析,找出焊缝渗漏故障原因。通过优化焊接方法和焊接结构,并应用真空电子束焊接技术,实现了铝合金不等厚结构焊缝焊接,焊接接头性能良好。经试验验证,焊缝质量稳定、可靠,满足产品的密封性要求。