重熔摆动激光焊修复TC4钛合金焊接接头组织和性能

采用摆动激光焊对TC4钛合金焊接接头进行重熔,研究摆动频率对TC4钛合金焊接接头气孔、组织及力学性能的影响。结果表明,重熔摆动激光焊可有效消除TC4钛合金焊接接头中存在的气孔缺陷;随着摆动频率的增加,气孔的消除效果增强,且大气孔的消除效果变得更加明显。重熔摆动激光焊接头的焊缝组织为针状的α’马氏体和部分α相,热影响区组织由初生α相、针状α’马氏体及β相组成。随着摆动频率的增加,激光对熔池的搅拌作用增强,焊缝晶粒破碎逐渐细化,而热影响区晶粒生长变得更加有利,导致晶粒逐渐粗大。摆动频率的增加使焊接接头组织发生变化,进而导致焊接接头性能发生变化。随着摆动频率的增大,TC4重熔焊接接头的焊缝硬度上升,热影响区硬度逐渐下降,且焊接接头的拉伸性能呈现下降趋势。当摆动频率增加到120 Hz和150 Hz时,断裂区域由母材转变为热影响区。     

TC4钛合金激光焊接接头组织与性能

分析不同激光焊接工艺参数下焊缝的微观组织特征,并测试焊缝的力学性能.结果表明:TC4钛合金激光焊接焊缝为针状马氏体α'组成的网篮组织和少量α'相;随着焊接热输入量的增加,由于熔池搅拌、焊接应力、合金元素烧损等原因,马氏体的分布更加散乱和密集;焊接工艺参数对焊缝相组成和各相相对含量的影响均不显著.合理的焊接工艺参数下,接头的强度高于母材.     

TC4钛合金激光叠焊成形及显微组织

研究TC4钛合金激光叠焊成形及焊缝显微组织特征,提出表征叠焊接头焊合程度的指标--焊合率ψ.研究结果表明:焊缝熔宽随着激光功率的升高和焊接速度的降低逐渐增加,上板焊缝熔宽大于下板焊缝,而连接焊缝处的熔宽最小;焊合率随着叠焊两板间间隙的增加或焊接线能量的升高而降低;焊缝组织为针状马氏体α'组成的"网篮"组织,上板焊缝中马氏体分布更密集;热影响区中存在少量细小马氏体组织,且呈梯度分布.由于马氏体的界面增强效应,使焊缝横向显微硬度沿焊缝中心向母材逐渐降低,且上板焊缝显微硬度略高于下板焊缝.     

TC4钛合金激光焊接技术研究进展

激光焊接技术作为当前一种高效、优质焊接新技术的典型代表具有高质、高效、高稳定性、低变形等技术优势,拥有广泛的应用领域。总结了国内外激光焊、激光填丝焊、激光-电弧复合焊接TC4(Ti-6Al-4V)钛合金时,焊接参数对焊缝成形的影响,并且分析了激光-电弧复合焊金属蒸气等离子体的作用机制、复合热源的相互作用模式及熔滴过渡和熔池动力学,重点探讨了焊缝及热影响区典型微观组织及其转变过程,为激光焊接技术在TC4钛合金实际工程应用推广提供理论支撑。     

超声振动激光焊对TC2材料拉伸性能影响的对比试验研究

因TC2材料的焊接性能较好,抗腐蚀和冷热冲击能力强,广泛应用于航空、航天和船舶领域动力系统的联接管路中。目前,国内主要采用氩弧焊和激光焊方法进行结构件焊接,而国际上已经开始采用了比较先进的超声振动激光焊的方法进行焊接。通过3种焊接方法的对比试验研究,证明了采用超声振动激光焊的方法不影响TC2材料的力学性能,且随着超声功率的增加,焊缝抗拉强度明显提高。并分析了力学性能未受影响是由于超声振动激光焊方法可以有效释放焊接时产生的有害残余应力。     

能量输入对TC4钛合金纳秒脉冲激光清洗质量的影响

采用不同功率和脉宽的纳秒脉冲激光,对TC4钛合金表面氧化层(厚度约25μm)进行了激光清洗试验研究,分析了激光能量输入对清洗后表面形貌、粗糙度以及氧化层去除厚度的影响。结果表明:在激光功率300 W、脉宽60 ns条件下能获得较好的清洗效果,且基材未受到明显损伤。相同脉宽下氧化层去除厚度随激光功率的增大而增加,相同激光功率下去除厚度随脉宽的增大先增大后减小。相同脉宽下表面粗糙度随激光功率的增大先减小后增大,在脉宽60 ns、功率300 W条件下粗糙度最小。清洗后的TC4钛合金表面存在纳米级微裂纹,增加脉宽可以有效抑制微裂纹产生。     

活性剂对钛合金激光焊焊缝成形影响

咬边是钛合金激光焊常见的焊缝成形缺陷,文中将A-TIG焊用活性剂应用于TA15钛合金CO2激光焊的研究结果表明,活性剂不仅可有效地改善焊缝咬边缺陷,而且可降低激光深熔焊的激光功率密度和热输入阈值.同样的焊接工艺参数,活性剂使钛合金CO2激光焊全熔透焊缝的背宽比增大,焊缝表面熔宽减小而中部熔宽增大,但过高的激光功率密度和热输入,活性剂反而影响激光对钛合金的作用,焊缝背宽比减小,表面熔宽增大,可能与金属汽化过于强烈有关.活性剂改善钛合金激光焊焊缝成形的作用主要有三方面,即增加钛合金对激光能量的吸收;降低熔池表面张力,改变表面张力流方向;降低光致等离子体的电离度,缩小等离子体云.     

钛合金激光焊接的气体保护与焊前清理

钛及钛合金以其许多独特的性能优势,目前已得到世界各国的普遍重视,并获得了广泛应用．这一方面证明了钛合金的巨大用途,另一方面也预示着钛合金材料开发研制的光辉前景．为进一步提高其质量,扩大其应用范围,对钛合金的各种加工处理工艺也正处于改进与完善之中． 本文概述了钛合金的焊接现状,提出了钛合金试件清理与气体保护的方案,自行设计加工了用于钛合金激光焊接的专用夹具和惰性气体保护拖罩,并提出了初步检验钛合金激光焊接接头质量的方法,对钛合金激光焊接的试验研究与工程实践会起到一定的促进作用．ｌ钛合金的焊接 通常情…     

单一氟化物对钛合金激光焊的影响

对TC4钛合金选取单一氟化物 NaF,Na2SiF6,YbF3为活性剂进行活性焊接试验,采用5 mm单激光焊试验分析其对焊缝熔深、熔宽及等离子形态分析。 试验结果表明,单激光焊试验中所选活性剂对焊缝熔宽和熔深影响各不相同,但均能减小熔宽和增加熔深,其中YbF3效果最好;涂敷活性剂之后有效地降低了焊接等离子体的电子密度。     

焊后真空热处理对BT20钛合金激光焊接接头性能的影响

研究了焊后真空热处理对BT20合金CO2激光和YAG激光焊接接头性能的影响。研究结果表明：真空热处理前，BT20钛合金激光焊接接头的抗拉强度和延伸率基本与母材相当，而接头各区域的显微硬度高于母材。焊后真空热处理能显著降低激光焊接接头中的残余应力并改善其分布状态，同时对焊接接头的性能影响不大。焊后真空热处理对YAG激光焊接接头性能的影响较CO2激光焊接接头敏感，其原因在于焊后真空热处理对YAG激光焊缝中的α'针状马氏体的影响较显著。     

TC11钛合金电子束焊接接头超高周疲劳性能

采用天津大学自行研制的TJU-HJ-I型超声疲劳试验系统研究了TC11钛合金电子束焊焊接接头的超高周疲劳性能. 试验结果表明,TC11钛合金电子束焊接接头在107周次以上仍然会发生疲劳失效,S-N曲线呈现连续下降的趋势,没有明显的转折. 试件的断裂位置大多数为母材处,焊缝和热影响区的疲劳性能要比母材好,这与焊接接头的微观组织有关. 通过SEM对超声疲劳断口形貌进行观察发现,断裂试件的疲劳裂纹大部分在表面萌生,然而在应力范围较低时,疲劳裂纹的萌生位置有从表面转向次表面的趋势.     

激光淬火对钛合金TC11微动磨损性能的影响

研究了激光淬火对钛合金TC11微动磨损性能的影响。结果表明：在不同微动幅度和法向载荷作用下,钛合金TC11激光淬火后抗微动磨损能力均有所提高,提高幅度与微动幅度大小和法向载荷高低有关。钛合金TC11激光淬火后微动磨损性能的改善是组织细化、表面硬度提高的结果。     

填充金属对TC4钛合金激光填丝焊接头组织性能影响

分别采用TC3实心焊丝和Ti-Al-V-Mo系药芯焊丝作为填充金属,进行TC4钛合金板窄间隙激光填丝焊,并对获得的焊接接头组织性能进行分析研究。结果表明,两组焊接接头各区域的微观尺度区别较明显,激光填药芯焊丝焊接接头中的焊缝区与粗晶区中的α’马氏体长度较小,并且焊缝区中原始β相晶界宽度也较窄;激光填实心焊丝焊缝中α’马氏体板条约为0.55μm,板条α’马氏体之间穿插着少量残留β相,在α’马氏体内部发现位错,并形成少量的位错塞积;激光填药芯焊丝焊缝中的针状α’马氏体宽度约为0.35μm,板条α’马氏体之间同样穿插着少量残留β相,针状α’马氏体内含有少量的细孪晶和大量的位错塞积形成的位错墙,同时在相界位置也发现更加密集的位错,残留β相含量也要略多;激光填实心焊丝焊接接头焊缝区中晶粒间的取向差大于10°的大角度晶界占比约79.25%,药芯焊丝约为96.27%;激光填药芯焊丝焊接接头的焊缝区及热影响区硬度平均值及拉伸性能数值均大于激光填实心焊丝的焊接接头。     

钛合金TC4的激光焊接

采用激光焊接TC4钛合金，研究了焊缝成分变化对组织转变和焊缝机械性能的影响，分析了焊缝中气孔(或空洞)形成的原因。试验结果袁明：焊缝合金成分Al、V的变化对组织转变厦焊缝机械性能影响较大．空洞由激光焊接的特点所决定。     

TC2钛合金薄板对接大功率CO2激光焊焊接工艺

采用大功率CO2激光焊接设备全面研究了4 mm厚TC2钛合金薄板的焊接工艺,确定了合理的焊接工艺参数,分析了工艺参数对焊接质量的影响,并通过对钛合金激光焊对接接头的拉伸试验证明了工艺试验的合理性。研究结果表明,激光焊接过程中,离焦量对焊缝熔深有很大的影响,正确选择离焦量是保证熔深的必要条件;焊缝熔深随着焊接热输入的增大而增大,针对4 mm厚TC2钛合金薄板,当热输入达到2.4 kJ/cm时焊缝熔透。     

TC2钛合金薄板CO2激光焊对接接头组织与性能

采用大功率CO2激光焊接设备,研究了TC2钛合金薄板的焊接工艺.针对4 mm厚TC2钛合金对接接头,分析焊缝和热影响区的显微组织结构,检测焊接接头的显微硬度分布规律,并综合试验结果分析焊接接头不同区域的性能.结果表明,焊缝的微组织较母材粗大,具有较强的沿焊接热影响区经焊缝界面向焊缝中心生长的方向性;焊接接头在焊缝区的硬度最高,热影响区硬度较低且硬度变化幅度较大,靠近母材处硬度值最低,是接头强度的薄弱区.     

TC4钛合金激光搭接焊的研究

进行了TC4钛合金搭接接头的激光焊接研究,得出了工艺参数与接头几何形状之间的关系,间接反映了承栽能力的变化。分析了接头微观组织特征,同时分析了接头区域的显微硬度及性能,测量了焊接接头区域的残余应力分布规律。     

TC4钛合金激光焊接接头高温热处理后的显微组织研究

研究了TCA钛合金激光焊接接头经高温热处理后的显微组织,结果表明:由于在TCA合金相变点附近温度进行热处理能极大提高其合金元素的扩散速率,激光焊接接头中的马氏体α'随热处理时间的延长而更粗大,且分布更杂乱;热处理前后焊缝截面显微硬度均自焊缝中心向热影响区逐渐降低,热影响区显微硬度低于母材.与原始接头显微硬度值相比,经历高温热处理后接头的显微硬度降低约60HV左右.     

消除钛合金激光焊接的隐患

阐述钛全金应用现状及其焊接方法，指出激光焊接应用于钛合金加工的优势所在，提出钛合金激光焊接气体保护方案与具体措施，钛合金焊件清理的步骤及检验钛合金激光焊接接头污染程度的方法。