不同晶粒尺寸钛合金高温压缩力学行为研究

为了解不同晶粒尺寸钛合金的高温变形力学行为,对α相平均晶粒尺寸分别为6、12μm和20μm的TC4钛合金进行了高温压缩试验,研究了晶粒尺寸和变形参数对TC4钛合金高温压缩力学行为的影响,建立了不同晶粒尺寸TC4钛合金的高温变形本构方程.研究表明:应变速率为10-4s-1时6μm的细晶钛合金出现超塑现象,应变速率在10-3～10-1s-1范围时,变形初期不同晶粒尺寸钛合金的流动应力符合Hall-Petch关系,由于细晶钛合金流动应力软化速度较快,变形至稳态阶段时细晶钛合金流动应力低于粗晶合金.     

TC4钛合金热丝钨极氩弧焊接头组织性能研究

对TC4钛合金热丝钨极氩弧焊(hot-wire-TIG)焊接接头组织与性能进行研究,采用金相显微镜观察焊接接头各区域的微观组织特点,并对接头显微硬度和力学性能进行了测定。结果表明,钛合金热丝TIG焊接接头内部无焊接缺陷,焊缝性能优良;焊缝为典型的铸造组织,由粗大的柱状晶和少量等轴晶组成,晶粒内部可以看到细长的针状α′相;热影响区形成粗大的等轴晶粒,其组织主要有细针状α相和残余β相构成;焊接接头的抗拉强度均值为924 MPa,与母材相当;热丝TIG焊缝冲击功较母材提升明显,基本达到母材的1.5倍以上,最大达到66 J;焊缝冷弯角度达到指标要求。     

TC4钛合金焊接工艺研究

对TCA钛合金进行A—TIG焊和TIG焊,分析不同的焊接方法和焊接工艺参数对焊后钛合金熔深、熔宽和焊缝熔池区域显微组织的影响,运用了光学显微镜等,对A—TIG焊接头的力学性能、显微组织进行了分析研究。试验结果表明,和常规TIG焊相比,在相同的焊接参数下,A—TIG焊能够有效减小熔宽,显著增加熔深;A—TIG焊能够有效减少焊缝气孔数量;对于TCA钛合金的焊接,A—T1G焊比常规TIG焊具有较明显优势。     

TA23合金不同焊接方法接头组织性能研究

采用CMT、TIG和EBW焊对TA23合金进行焊接,对比分析了不同焊接方法下接头微观组织和力学性能的差异。结果表明,焊接热输入直接影响焊缝晶粒尺寸和焊接接头宽度,TIG焊缝晶粒尺寸最大,CMT次之,EBW最小;EBW接头宽度为5 mm,CMT接头宽度为7 mm,TIG接头达14 mm;3种焊接方法焊缝区域组织均由马氏体α相、片层状α相和残余β相组成,热影响区组织形态介于焊缝和母材组织形态之间;3种焊接方法焊缝区显微硬度和接头抗拉强度均大于母材,其中EBW焊缝区显微硬度值最大,TIG焊接头抗拉强度最高,CMT焊缝显微硬度和接头抗拉强度均居中。     

钛合金窄间隙激光填丝焊接工艺及接头组织性能分析

采用自主研发的Ti-Al-V-Mo系钛合金药芯焊丝为填充金属,进行TC4钛合金板窄间隙激光填丝焊接工艺实验,研究激光功率、摆动参数、焊接速度和送丝速度等工艺参数对焊缝成形的影响规律;借助高速摄像系统研究焊接过程羽辉及等离子体特性,并对获得的焊接接头组织性能进行分析。研究结果表明：采用激光功率4.0 kW、圆形摆动模式、摆动频率100 Hz、摆幅2 mm、焊接速度0.42 m/min、送丝速度0.6 m/min的工艺参数组合下得到的焊缝成形良好,无明显外观缺陷;当焊丝末端与液态熔池接触距离为0 mm时,过渡方式为液桥过渡,可以实现焊丝熔化金属向熔池的稳定、有序过渡;该焊接工艺获得的20 mm厚TC4钛合金板窄间隙激光填丝焊接头组织性能良好。     

厚板钛合金磁控窄间隙TIG焊接技术发展现状

磁控窄间隙TIG焊接技术能有效解决厚板钛合金侧壁熔合不良的问题,其工艺稳定性好、设备成本较低,能为大型钛合金海工结构和装备制造提供有力支撑。围绕厚板钛合金磁控窄间隙TIG焊接技术及其研究现状展开论述。重点阐述了外加横向磁场对电弧摆动的作用机理,并讨论了主要焊接工艺参数(窄间隙坡口设计、焊接电流强度、外加磁场强度和频率及电极位置)对焊缝成形的影响。结合自研结果探讨了不同规格钛合金磁控窄间隙TIG焊接接头的显微组织和力学性能,并进一步概述了焊后残余应力分布特征。研究结果表明,利用外加磁场实现电弧周期摆动能有效调控热输入分布,进而改善侧壁熔合不良的问题;相比其他窄间隙焊接技术,磁控窄间隙TIG焊接能获得更加均匀的焊缝组织和优异的接头力学性能;磁控窄间隙TIG焊接后,接头表面存在较大拉应力,结合合适的热处理工艺能有效降低接头残余应力。最后,对磁控窄间隙TIG焊技术发展和前景进行了展望。     

厚板钛合金窄间隙TIG焊接过程中温度场分析

窄间隙条件下,TIG多层焊的方式焊接52 mm厚TC4钛合金板。以焊接层为周期,利用温度采集器和计算机对焊接试板背侧的温度进行采集。绘制焊接温度随焊接时间及焊接层数的变化曲线,分析厚板钛合金焊接温度场。总结厚板钛合金焊接温度场随焊缝厚度的变化规律,发现在焊接层厚度超过37 mm后,焊缝背侧不再需要焊接保护。     

TC4合金电子束焊接接头微观组织研究

对不同工艺参数电子束流焊接TC4钛合金焊缝显微组织进行分析,结果表明:电子束流工艺参数的改变对焊缝的相组成没有影响,却使得焊缝形状及其显微组织分布发生了改变,产生了焊缝显微组织梯度.焊缝夹角越大,焊缝上中下各部位马氏体针尺寸梯度越大.焊缝中显微硬度比母材硬度高HV30～50,热影响区中显微硬度呈梯度分布.     

Ti700sr高温钛合金TIG焊接接头组织及性能研究

采用TIG焊接方法对Ti700sr高温钛合金板材进行了焊接,研究了接头的组织形貌、硬度分布及力学性能.结果表明,Ti700sr高温钛合金板材焊接后的接头成形良好,焊缝区组织由粗大的柱状晶及细长的针状α相构成,热影响区组织由细针状α和残余β相构成,热影响区析出相得到有效控制,相边界上无明显硅化物析出;焊接热影响区的硬度相...     

纳米材料对TIG焊Q235接头组织及性能的影响

目的研究添加不同纳米材料对TIG焊缝组织及性能的影响。方法在试验板材表面钻一定深度小孔并在表面涂覆不同纳米材料,在TIG熔焊后对添加不同种纳米材料后焊接接头的微观组织、力学性能、断口形貌进行分析,并与未添加纳米材料的TIG焊缝进行比较分析。结果添加纳米TiC和Al_2O_3焊缝晶粒得到细化,硬度和耐磨性都有一定提高,而添加纳米SiO_2焊缝晶粒尺寸无明显变化,并且硬度与耐磨性能都有少量降低。结论在低碳钢的TIG焊结过程中添加纳米TiC和Al_2O_3能够提高焊接接头的力学及耐磨性能,而添加纳米SiO_2不利于接头性能的提高。     

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％。     

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。     

奥氏体不锈钢A-TIG焊工艺研究

目的研究焊接参数对焊缝成形和接头宏观组织的影响。方法改变焊接电流、焊接速度、焊接电压以及活性剂中的一个参数,固定其他3个参数不变,对奥氏体不锈钢进行焊接,分析其接头宏观形貌、组织和力学性能。结果随着电流、电压的增加,焊接接头的熔深和熔宽都在增加,随着焊接速度的增加,焊接接头的熔深和熔宽都在降低,在相同参数下,将不同活性剂下的A-TIG焊接头的熔深和熔宽进行比较,发现涂敷C4活性剂接头熔深最大达到4.29mm,而常规TIG焊接头熔深为1.38mm,涂敷C4活性剂的接头熔深为TIG焊的3.11倍,且熔宽也有所减小。结论 C4活性剂A-TIG最佳工艺参数为:I=175 A,U=14 V,v=80 mm/min,此时能将6 mm板材焊透,成形良好,在此工艺下焊缝等轴晶范围最大,焊缝组织最为细小。相比于TIG焊,涂敷C4活性剂接头强度系数提升4.1%。     

TC4钛合金/N4纯镍激光高熵化填粉焊接组织性能研究

目的 解决TC4/N4异种金属的焊接问题,拓展钛/镍异种金属复合结构的应用范围。方法 选用Cu_xCoCrMnAl_0.8Si_0.2高熵填充粉末,采用激光填充粉末焊接的方式实现TC4钛合金和N4纯镍异种金属的连接,对焊缝的表面形貌、显微组织、相成分等微观特征进行表征,测试焊接接头的显微硬度和拉伸性能。结果 激光高熵化填粉焊接接头成形良好,无明显缺陷。通过微观组织表征发现,近钛侧存在以β–Ti+Ti₂Ni共晶相为主、宽度为50μm的化合物区,焊缝内部由等轴枝晶、少量雪花状组织和富Cr的沉淀相组成。焊接接头强度远低于母材强度,焊缝硬度高于母材硬度,近钛侧焊缝区硬度高于近镍侧焊缝区硬度。结论 激光高熵化填粉焊接可实现钛/镍异种金属的连接,改善高熵填充粉末成分,调控焊缝金属的微观结构与接头性能。     

ZL205A大厚板铝合金TIG堆焊组织与性能研究

目的 解决壁厚25 mm的ZL205A铸造铝合金在多层多道TIG焊过程中接头易出现气孔和虚焊等问题,进而实现大厚板ZL205A的高质量焊接。方法 采用TIG堆焊方法对25 mm厚的ZL205A进行焊接,研究不同层间焊接电流对接头组织和力学性能的影响。结果 焊后接头焊核区存在明显的气孔缺陷,随层间焊接电流的增大,气孔缺陷数量和尺寸显著增加。焊接接头根据组织特征分为焊核区、熔合区、热影响区和母材区,其中焊核区晶粒尺寸最小,约为20μm,仅为母材晶粒尺寸的1/5左右。在焊核区晶界处弥散分布了大量Al₂Cu、Al Cu及少量Al₁₂CuMn₂颗粒相。随焊接电流的增大,接头拉伸强度及伸长率呈现先增大后减小的趋势,其最大拉伸强度为母材强度的94%,最大伸长率仅为母材伸长率的41.72%。在最优焊接电流下,接头拉伸断裂位置为母材处和焊缝处,气孔缺陷是导致焊缝断裂的主要原因,而母材断裂的主要原因为晶界间存在较多脆硬性AlCu/颗粒相。结论 采用TIG多层多道的焊接方法通过控制不同层间电流可以实现25mm厚ZL205A的高强度焊接。     

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。     

A-TIG焊接方法研究现状及展望

TIG焊作为一种高质量焊接方法的代表,具有焊接过程稳定、焊缝成形美观、焊缝质量高、焊接过程无飞溅等优点,但同时也存在单道焊接熔深浅、焊接速度慢、熔敷速率低等缺点.为了克服TIG焊存在的缺点,提出了A?TIG焊接方法,该焊接方法是先在待焊焊道表面涂覆一层活性剂,然后再进行施焊.该焊接方法在保留TIG焊优点的前提下,可以显著增大TIG焊单道焊接熔深,提高焊接生产效率.近几年很多学者对A?TIG进行了大量研究,也开展了A?TIG焊在工业生产上的部分应用,但是A?TIG焊仍存在以下几方面问题:(1)A?TIG焊接需要涂覆活性剂的工序,不利于实现焊接过程的自动化,且活性剂的涂覆很难保证均匀稳定,限制了其在工业生产上的应用.(2)活性剂增大焊缝熔深的机理尚未形成统一的认识,对该机理的研究还不够深入.(3)需要针对不同的焊接母材开发不同的活性剂,且不同学者开发的活性剂千差万别,缺少统一的衡量标准,不利于活性剂的产业化.针对不锈钢、铝合金、钛合金、镁合金、低碳钢等各焊接母材开发了增大熔深效果比较明显的活性焊剂,并且研究了活性焊剂对焊缝的表面成形和组织性能的影响.在活性剂的引入方面提出了气体输送活性剂的方式,基本实现了焊接过程的自动化和活性剂的均匀涂覆.对于活性剂增大焊缝熔深机理方面,提出了熔池表面张力改变理论、电弧收缩理论和热输入增加理论.本文总结了A?TIG焊在不同焊接母材方面、活性剂的引入方面、熔深增大机理方面的研究进展,分析了A?TIG焊研究应用方面仍存在的问题,并对A?TIG将来的研究方向进行了前景展望,以期为进一步完善A?TIG焊接方法和推动A?TIG在工业生产上的应用提供一定的借鉴.     

40mm厚TC4钛合金窄间隙激光填丝焊接头组织及性能

利用窄间隙激光填丝焊接工艺完成了40 mm厚TC4钛合金的焊接,通过OM、SEM、EDS、XRD、EBSD等测试方法对接头各区域进行微观组织和结构分析,并测试了其力学性能.结果表明,焊缝截面整体成形良好,无明显未熔合与气孔缺陷.接头三个区域的显微组织相同:焊缝柱状晶内部分布着密集排列的针状α'马氏体和弥散分布的颗粒状的αg相,同一β晶粒内部α'择优取向,大角度晶界比例较高.焊缝中心各区都是典型的α'+β双相结构.热影响区为过渡态组织,越靠近焊缝侧,其组织形态与焊缝处越相似,焊接过程中Al元素向热影响区发生了扩散.焊接接头焊缝区整体硬度高于母材,盖面区最高,平均值约为380HV.接头的抗拉强度最大值为954 MPa,拉伸试样均断在母材,断口为韧性断裂,接头各区室温冲击性能均低于母材.     

ODS合金TIG原位合金化焊接机理和接头性能

采用TIG焊对ODS合金MGH956进行原位合金化焊接,C、Y₂O₃和其他合金粉末被填充到焊缝金属中以生成复合化合物或颗粒,分析了在TIG焊接过程中C和Y₂O₃原位合金化的机制和行为。在TIG焊原位反应过程中,YAlO₃、TiC和SiO₂等颗粒在焊缝金属中生成,这些尺寸为50-100纳米和0.1-1微米的颗粒均匀分布在焊接金属基体上。使用含有适量C和Y₂O₃的填充材料进行焊接,C和Y₂O₃不仅细化了晶粒,还提高了接头的显微硬度和抗拉强度,从而改善了焊接接头的性能。     

响应面法分析7075铝合金激光焊接参数对焊接质量的影响规律

本工作选取激光焊接头的外观成形质量作为评价指标,采用响应面法分析焊接参数对焊接质量的影响规律.选用3 mm厚7075铝合金板材进行光纤激光焊接,测量熔深、熔宽和焊缝成形面积,计算焊缝成形系数.借助响应面分析方法将试验数据进行模拟、建模和比对,选择最佳数学模型建立回归模型,得到焊缝成形系数和焊缝截面积的三维响应面曲线.通过模拟预测,发现焊接功率、焊接速度对焊缝成形系数和焊缝截面积的影响较大,离焦量对焊缝成形系数的影响较大.研究结果表明,焊缝成形系数和焊缝截面积的实测值与预测值较为接近,焊缝成形系数预测值比实测值高0.61％,焊缝截面积预测值比实测值高1.9％,模型拟合度较好,得到较优的焊接参数为:焊接功率为2300 W,焊接速度为45 mm·s-1,离焦量为1,保护气体流量为15 L/min.在该参数下的焊缝成形系数为0.803,焊缝截面积为4.436 mm2,焊缝的抗拉强度为325 MPa.