焊接电流对Ti3Al/TC11焊接界面合金元素扩散及显微硬度的影响

采用真空电子束焊对Ti3Al与TC11合金进行连接,研究不同焊接电流时其焊接界面合金元素扩散及显微硬度.结果表明,焊接电流的大小对合金元素在焊接界面上的扩散规律影响很小,均在焊缝和两侧基体交界处存在较大浓度梯度,这是由于焊接结束冷却时产生了粗大的凝固组织和相变且未有充分的能量和时间进行扩散所造成的.无论所采用焊接电流的大小,沿整个试样其焊缝处的显微硬度值均最高;随着焊接电流的增大,TC11侧和焊缝区的显微硬度值基本上增大,而焊接电流的变化对Ti3Al侧显微硬度值影响的规律性不强.     

电脉冲孕育处理对铝硅活塞合金组织和性能的影响

通过金相显微分析、能谱分析、相结构分析、显微硬度分析等实验,研究了不同电脉冲孕育处理参数对Al-Si活塞合金组织和性能的影响。结果表明,电脉冲孕育处理可以细化合金凝固组织,提高α(Al)基体中Cu、Ti、Si等元素的固溶度,增加基体显微硬度;不同脉冲参数处理后,合金基体显微硬度提高10.0%~14.2%。     

CuCoCrFeNi高熵合金薄板脉冲激光焊接接头裂纹分析

采用Nd:YAG脉冲激光焊机对CuCoCrFeNi高熵合金薄板进行焊接,使用激光共聚焦显微镜、扫描电镜等分析了接头的微观组织、化学成分和裂纹形成原因,并对接头的显微硬度进行了测试。结果表明,在脉冲激光焊接作用下,焊缝中心出现贯穿性裂纹和分叉裂纹,熔合线处出现液化裂纹。通过改变焊接工艺参数,采取双面焊及预热等措施都无法避免裂纹的产生。焊缝组织由胞状晶和等轴晶组成,晶粒与母材相比明显细化。在断裂位置处Cu元素含量约为其他元素含量的3倍,表明断裂与晶界处含Cu固溶体的富集程度有关。熔合线附近的硬度和母材硬度相当,均低于焊缝中心区硬度。     

焊接电流对Ti2AlNb/TC18焊接界面性能及元素扩散的影响

采用真空电子束焊接对Ti2AlNb和TC18合金进行连接,研究了不同焊接电流时焊接界面的性能及元素扩散情况。结果表明:焊接接头在室温和高温下均获得了较高的抗拉强度。采用同一电流焊接时,TC18侧热影响区的显微硬度值高于该合金基体却低于该侧焊缝区,而Ti2AlNb合金侧热影响区的显微硬度值均高于该侧焊缝区和Ti2AlNb合金基体;在28 mA的焊接电流下,焊接界面的整体显微硬度值均较高,这是因为焊接界面形成了含量较多且尺寸较小的α′马氏体和O相,对界面起到了强化作用。在不同的焊接电流下,合金元素均在焊缝和两侧母材交界处存在较大的浓度梯度,其原因是焊缝金属的快速凝固使得各合金元素没有足够的时间和能量进行充分扩散。     

高强钢激光复合焊接T型接头组织分析

采用15kW高功率激光复合焊接船用低合金高强钢T型接头构件.测定了接头截面的显微硬度,通过光学显微镜、扫描电镜和透射电镜分析了焊缝微观组织.结果表明:焊接接头没有气孔、裂纹等缺陷;焊缝和热影响区显微 硬度均高于母材,焊缝显微硬度最高为290HV;焊缝组织主要为细条状的粒状贝氏体和少量的M-A组元.贝氏体铁素体为细条状的铁索体,晶粒细小,晶界密度高.Cu、Ti等微合金元素形成的碳化物沉淀强化相分布于贝氏体铁素体内.细条状的粒状贝氏体组织的晶粒细化及其微合金碳化物(Cu,Ti)xCy的沉淀强化使得焊缝强度高于母材.     

一种新型镍基耐蚀合金焊接接头的组织与力学性能

测试一种新型镍基耐蚀合金(X-2#)手工氩弧焊接接头的拉伸性能和硬度,并结合OM,SEM和EDS等技术研究焊接接头的组织和性能.结果表明,X-2#合金焊接接头焊缝区为铸态组织,熔合区从基体到焊缝金属组织过渡良好,热影响区没有晶粒明显粗化现象,母材晶粒尺寸约为65 mm,有利于接头的焊接.新合金焊缝区的Vickers硬度小于基体,但焊缝重熔区的硬度由于等轴晶数量增多而变大.合金中W和Mo等固溶强化元素及Al和Ti沉淀强化元素使X-2#合金焊接接头具有较好的高温强度及热稳定性.合金焊接接头室温与高温下的抗拉强度均低于母材,焊接系数η大于88%,焊缝区为接头最薄弱环节,拉伸断口均为韧性断口,断裂机制为正断与剪切断的混合断裂.     

TiZrNiCuBe块体非晶合金激光焊接行为及温度场数值模拟研究

采用数值模拟研究了Ti40Zr25Ni3Cu12Be20块体非晶合金激光焊接过程中的温度场变化和冷却速度变化规律,分析了Ti基非晶合金在激光焊接过程中保持非晶态结构的机理。以高斯表面热源和圆柱体热源相结合的复合热源模型作为焊接热源,考察了不同焊接参数下Ti Zr Ni Cu Be非晶合金在激光焊接过程中的热历史,结合实验结果分别对接头焊缝区和热影响区显微组织变化进行了分析,分别从加热和冷却两阶段给出非晶合金激光焊接接头非晶相得以保持的理论解释。完全非晶态接头的显微硬度测试表明:热影响区体现出较母材以及焊缝区更高的显微硬度,从玻璃转变温度、冷却速度以及屈服强度三者之间关系的角度对该现象进行理论分析,并通过实验验证分析的准确性。     

Cu基材料作焊接过渡层TA1/Q345复合板接头的组织与性能

以Cu-Ag-Mo药芯焊丝为焊接中间层过渡材料,对TA1/Q345双金属层状复合板进行熔焊试验。利用SEM、EDS和XRD等分析方法对接头元素分布、相组成及组织构成进行了微观分析,并进行了焊缝区显微硬度测试。结果表明:钛焊缝中,微量的Fe向上扩散形成了少量的金属间化合物Ti Fe,在拉伸应力的作用下产生了裂纹,但在过渡层中的Ag元素具有很好的流动性,填补了裂纹,阻碍了裂纹的扩展;过渡层Mo元素与扩散Ti形成了连续固溶体,降低了过渡区中扩散Ti的含量,控制了Ti、Fe金属间化合物的生成;焊缝区的显微硬度值整体呈下降趋势,但其中钛焊缝与过渡层界面处的硬度值高达475 HV0.1,该区域的主要相为Ti Cu和Ti2Cu,降低了焊接接头塑韧性。     

长期热暴露对304H耐热钢焊接接头组织和硬度的影响

使用Inconel 625合金焊丝对超(超)临界电站锅炉高温部件用304H奥氏体耐热钢进行焊接,对焊态焊接接头在650℃下进行5000 h的热暴露,研究了焊接接头组织和硬度随热暴露时间的演化规律。结果表明:焊后焊缝中Mo、Ti、Nb元素在枝晶间偏析,熔合线处未发生外延式生长,焊缝金属和热影响区(HAZ)的主要合金元素含量在熔合线处的浓度梯度明显。热影响区晶粒发生长大;经过3000 h热暴露后热影响区硬度达到母材的水平;随着热暴露时间的延长,母材和焊接接头均发生硬化,焊接接头微观组织无明显变化,组织稳定性较好。     

TA1/X65复合板焊接工艺及焊缝组织和性能研究

采用TIG+MIG+MAG焊接工艺对TA1/X65爆炸冶金复合板(复层Ti厚2 mm,基层X65管线钢厚14 mm)试件进行了以V/Cu作为过渡填充金属的板-板对接焊实验.利用OM,XRD,EDS面扫描,显微硬度测试和拉伸实验,研究了焊缝区组织特征、界面元素分布、主要物相、显微硬度分布及焊缝力学性能.结果表明,圆弧状"U"型坡口设计有利于过渡层Cu的MIG焊接,在Cu-钢界面不会引起应力集中而萌生裂纹.熔敷金属Ti,V,Cu和Fe有明显分区,扩散互融现象不明显,各区域间由固溶体相过渡连接,Ti/V过渡界面组织结构为钛基固溶体,V/Cu过渡界面组织结构为钒基固溶体,Cu/Fe过渡界面组织结构为铜基固溶体.焊缝硬度较高区域出现在Ti/V过渡界面和V/Cu过渡界面处,硬度达326和336 HV10,对过渡界面层塑韧性有一定影响.焊缝抗拉强度可达546 MPa,主要由碳钢层贡献.     

热暴露对Ti-24Al-15Nb-1.5Mo/TC11焊接界面显微硬度和元素分布的影响

通过550℃,50h热暴露试验研究了Ti-24Al-15Nb-1．5Mo／TC11焊接界面显微硬度和元素分布的变化规律．结果表明,梯度热处理后Ti-24Al-15Nb-1．5Mo合金基体组织的显微硬度高于双重热处理．梯度热处理条件下,变形30％试样在热暴露期间由于焊缝组织中细针状α相数量的减少,造成显微硬度升高;而在Ti-24Al-15Nb—1．5Mo合金侧由于晶格畸变能的释放,造成显微硬度的降低．而变形量40％,50％＋梯度热处理试样焊缝组织在热暴露期间继续分解、长大,造成显微硬度的降低．热暴露过程中,焊缝界面处的元素继续扩散;Nb元素在焊缝区域中的含量明显增加,增加了品格畸变,也是引起显微硬度升高的原因之一．     

TA2/Q235复合板Nb/Cu双过渡层熔焊焊缝组织性能

采用Nb/Cu双过渡层填充金属和纯钛焊丝对TA2/Q235复合板进行对接熔化焊实验,分析研究了过渡层焊缝的组织形貌、成分分布以及硬度分布情况。结果表明,焊缝中堆焊Cu层分别与钢层和Nb层结合良好。Nb层中组织主要为O相,Ti层组织为α相板条,α'马氏体相,残余β相和少量TiCu_2、TiCu_3化合物;Nb层和Ti层间存在宽约为20μm的过渡层,过渡层主要为无限固溶体;从Ti层到Nb层,Ti元素缓慢下降,Nb元素缓慢升高,Cu元素波动变化;焊缝中Ti层硬度约是基体TA2的3.5倍,在焊缝截面纵向上,从Ti层至Nb层再至Cu层,硬度值逐渐降低。     

TiB_2/ZL101复合材料与ZL101合金激光焊对比研究

对TiB_2/ZL101复合材料和ZL101基体合金进行激光焊对比研究,结果表明:TiB_2/ZL101复合材料对激光的吸收率大于ZL101基体合金,相同工艺参数焊接时复合材料的焊接深度大于基体合金。由于基体合金导热率较大,使得焊缝上部比复合材料焊缝较宽。在功率一定时,较快的焊接速度(3 m/min)使得基体合金焊缝组织为α相和分布在α相间的针列状共晶体复合组织;而在较慢的焊接速度(2 m/min)时,基体合金焊缝组织为α相和分布较均匀的块状或长针状共晶Si相。复合材料在较快的焊接速度(3 m/min)时,晶界壁较薄,仅有少量共晶Si存在,在较慢的焊接速度(2 m/min)时,晶界壁明显变厚,共晶Si相较多。通过测试两种不同焊接速度的ZL101合金焊缝硬度表明,焊缝硬度值均比母材高,但共晶Si以针状或块状存在的焊缝硬度值小于针列状形式存在的焊缝硬度值。     

GH3539合金激光焊接接头组织及性能的研究

高温熔盐反应堆（MSR）利用熔融盐作为传热介质,其结构材料需要面对高温、熔盐腐蚀和中子辐照等极端环境,因此对于结构材料的性能要求极为严苛。GH3539合金作为新一代候选结构材料,在极端环境下具有显著的高温机械性能,为推动该合金的焊接应用,采用激光焊接技术对GH3539合金进行焊接,研究了合金激光焊接接头的显微组织、凝固模式及接头力学性能响应。结果表明：GH3539合金激光焊接接头具有较大的深宽比,焊接接头分为母材区、热影响区和熔合区三部分。母材区为奥氏体组织,基体中存在大量的富W碳化物以及少量的富Ti析出相。焊接接头未发现明显的焊接热影响区。熔合区中靠近熔合线的组织类型为平面晶组织,平面晶组织迅速转变为垂直于熔合线方向生长的柱状晶,且具有明显的方向性,柱状晶前沿在焊缝中线处接触,导致部分组织在焊缝中线处不规则,同时在焊缝中心处发现部分等轴晶。力学性能结果显示,熔合区硬度均值为273 HV,硬度值明显高于焊接接头的其他部分,接头中未见明显软化区域。在高温800℃时,焊接拉伸试样断裂发生在母材区域,断裂模式为明显的晶间断裂,屈服强度和最大抗拉强度分别为212.6 MPa和295.2 MPa...     

药芯焊丝中V含量对Ti/X65复合板焊缝过渡层性能的影响

采用自行研制的Cu基体药芯焊丝对Ti/X65层状复合板进行熔焊对接试验,焊丝中V粉的包覆率分别为15%、20%、25%。研究发现,V元素的加入可显著减少Ti-Cu金属间化合物的生成并进一步细化焊接接头显微组织,且V可与Ti形成连续固溶体,稀释了焊缝中的Ti元素。当V含量为25%时,焊接接头的抗拉强度和弯曲强度均达到最大值。从硬度方面分析,Cu药芯焊丝过渡层硬度较高,约为500 HV_0.1。     

添加Mo-Ti-Zr填充层的钼镧钇合金电子束焊接特性分析

为了研究TZM合金(Mo-0.5Ti-0.1Zr)填充层对钼镧钇合金电子束焊接性的影响,分析了焊接接头显微组织和力学性能。结果表明,钼镧钇合金直接电子束焊接接头焊后产生贯穿裂纹,而填加TZM合金后,实现了钼镧钇合金的有效焊接。Zr元素的加入降低了Mo的氧化物在晶界处的聚集程度,提高了晶界结合强度;接头各区域显微硬度不同,焊缝区显微硬度与母材相当,为270～290 HV,两侧热影响区显微硬度最低。添加TZM合金后,钼镧钇合金电子束焊接接头抗拉强度明显提高,拉伸断裂发生于焊缝区,为脆性沿晶断裂模式。     

D227、D237焊条堆焊金属组织及显微硬度研究

分别采用D227和D237两种堆焊焊条,在45号钢基体上进行了焊条电弧焊堆焊试验.分析了在相同焊接条件下获得的堆焊层金属的显微组织和显微硬度,讨论了合金元素对堆焊层金属显微组织及显微硬度的影响.研究表明,堆焊金属与基体金属具有良好的冶金结合,第一层堆焊金属受基体金属的稀释程度影响明显,界面处金属过渡层的宽度因焊条种类的不同而异;各层堆焊金属中合金元素Cr、Mo、V含量随堆焊层数的增加而提高,堆焊金属的显微组织及显微硬度与堆焊焊条合金元素的含量有关,与其硬质相的类型、性能及分布等有关.     

2A14铝合金TIG焊组织及力学性能不均匀性分析

2A14铝合金在-250～250℃具有良好的力学性能和抗应力腐蚀能力,广泛应用于航天工业尤其是航天运载储箱的制造。以3 mm厚2A14铝合金为对象,采用变极性TIG焊研究焊接接头各区域微观组织及力学性能不均匀性。结果表明,焊缝区为等轴树枝晶,固溶区晶粒较粗大,过时效区及母材区为扁平状组织,焊缝区基体中合金元素含量较低,固溶强化效果减弱,同时共晶组织沿晶界析出,热影响区和母材区基体中合金元素含量较多。接头显微硬度测试显示焊缝区硬度最低,通过回归分析,建立了显微硬度与强度之间的工程经验关系式σ_(0.2)=2.94HV-78.71。     

Ag基焊料Ti3Al与Ni基高温合金接头的组织及性能

采用自行设计制备的Ag-Cr-Ni-Cu合金作为焊材,对Ti3Al基合金与GH4169高温合金进行了填丝氩弧焊。采用扫描电镜(SEM)及能谱分析(XEDS)等方法对焊料及接头各区域的微观组织进行了观察和分析,接头中无宏观缺陷产生。Ag-Cr-Ni-Cu合金与Ti_3Al母材结合良好,但与GH4169母材的结合力相对较弱。焊缝由白色Ag-Cu基体中分布Cr,Ag,Ni,Cu,Ti,Al等元素组成的深灰色相组成。GH4169/Ag-Cr-Ni-Cu界面不存在反应层; Ag-Cr-Ni-Cu/Ti_3Al界面处存在宽度约为20μm的反应区域,主要由Ag+AgTi及固溶Cr的(Ti,Nb)固溶体组成。2个界面的硬度均高于母材及焊缝,焊缝硬度最低。接头的平均室温抗拉强度为130 MPa。拉伸试样断裂于GH4169/Ag-Cr-Ni-Cu界面。     

Ti和Zr对铝合金冷金属过渡原位焊接性能的影响

在冷金属过渡(CMT)焊接5A66铝合金的基础上,分别添加Ti粉和Ti、Zr混合粉末进行原位合金化焊接,研究原位合金化焊接方法对焊接接头的影响。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、微区X射线(XRD)以及显微硬度和拉伸力学性能测试对不同工艺条件下的试样进行显微组织和力学性能分析。结果表明:Ti、Zr在液态熔池中与Al反应,生成细小的Al3Ti、Al3Zr粒子,提高焊缝区的显微硬度,但焊缝中气孔增多。熔合线附近靠母材侧存在等轴晶薄层,原位反应增加等轴晶薄层的宽度。新生成第二相颗粒的弥散强化作用提高焊缝区的力学性能。合金元素的添加对焊接接头热影响区的影响不大,由于实际热输入量很低,焊缝强度系数约为0.9。