TC4钛合金激光焊缝形貌与残余应力数值研究

针对激光深熔焊特点,采用均匀体热源模型、双椭球热源模型和组合热源模型,对TC4钛合金CO2激光深熔焊的焊缝形貌和残余应力进行了数值与实验研究。结果表明:在进行激光焊缝形貌与残余应力计算中,须根据激光焊接线能量选择激光热源模型,由此提出了均匀热源模型适合较大线能量,双椭球热源模型适合中等线能量,而组合热源模型适合较小线能量选择原则。组合热源模型和双椭球热源模型均能体现热输入随深度的递减变化,熔池轮廓呈现"圆锥"形和"钉子"形,均匀体热源的上下表面的残余应力分布基本一致,而双椭球热源和组合热源模型的下表面残余应力明显低于上表面。     

机械应变法测量TC4钛合金激光焊接残余应力

采用YAG激光对2mm厚TC4钛合金薄板进行焊接,尝试使用机械应变法对其残余应力进行测量,得到了在不同线能量作用下焊缝的外观变化及残余应力的分布规律,分析了激光焊接残余应力产生的原因。研究结果表明:机械应变法适于激光焊接残余应力的测量,其残余应力的分布跟普通熔焊相似,但拉应力区明显变窄;线能量为70 kJ/m时,TC4钛合金对接接头纵向残余拉应力峰值为604.76 MPa,约为母材屈服强度的2/3,工程应用中应加以重视;线能量越大,其焊缝越宽,残余拉应力区域越宽,且峰值残余应力越大。     

薄壁TC4钛合金激光焊缝成形试验研究

以TC4薄壁钛合金为研究对象,开展激光焊工艺研究及焊缝成形控制。主要研究了焊接过程保护方式、激光能量控制、离焦量和倾斜角度等焊接参数对焊缝成形的影响。研究结果表明,激光低速焊接TC4薄板钛合金工艺窗口较窄,需要进行精确的能量输入控制。采用高速激光焊接TC4薄板结构,有效地扩大工艺窗口。提高激光离焦量也可以提高熔化宽度,激光功率与离焦量比值为100～140 W/mm可得到良好的熔透效果。激光大角度斜向焊接会出现散射现象,提高能量输入可以良好地保证成形质量。     

GTi70与TC4异种钛合金材料激光焊缝组织与性能分析

研究了GTi70与TC4异种钛合金材料激光焊接性能,通过接头常温、高温拉伸强度检测,焊缝组织XRD、OM、SEM检测分析,拉伸断口以及剪切断口形貌SEM分析,论证了异种材料的可焊性. 试验结果显示,异种材料接头常温拉伸强度高于GTi70母材,500,600和750 ℃高温拉伸强度高于TC4母材,焊缝拉伸断口、剪切断口均为韧性断裂,两种材料激光焊接性能良好. 脉冲激光焊缝组织更为细小,焊缝热影响区较窄,母材损伤小,焊缝强度与塑性优于连续激光焊缝.     

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。     

线能量对TC4钛合金激光焊接残余应力和变形的影响

利用有限元分析和实验测试，研究了TC4钛合金平板激光焊接线能量对变形和残余应力的影响规律，并通过焊缝金相实验分析了线能量与焊接残余应力和变形的内在关系。结果表明：钛合金激光焊接产生的纵向残余拉伸应力约700MPa～850MPa，而横向残余拉伸应力只有50MPa～80MPa。激光焊接线能量增加时，纵向残余应力拉伸区域变宽，峰值应力降低，而横向残余应力随线能量的增加而升高。在临界焊透规范以上焊接时，角变形随线能量的增大而减小，但横向收缩变形增大。试件被完全穿透焊接时，线能量对角变形的影响作用降低。     

TC4钛合金水下湿法激光焊接焊缝组织与性能

使用光纤激光器对TC4钛合金进行了水下湿法激光焊接试验,通过在TC4表面预置焊接辅助剂实现了增加水下湿法焊接熔深的同时对焊缝进行保护的目的. 对焊缝的微观组织和力学性能进行了分析,结果表明,预置焊接辅助剂后,焊缝熔深增大,焊接阈值增加,焊缝中裂纹减少. 焊缝中心主要由初生α和马氏体组织α'相组成,在熔池底部还保留有粗大的β晶界,焊缝由于水的急冷作用出现了淬硬组织,显微硬度远高于TC4母材. 水下焊接拉伸试验试件均断裂在焊缝处,焊接接头平均抗拉强度值为439 MPa,呈现为脆性断裂.     

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。     

TC4钛合金激光焊缝成形与显微组织分析

针对2mm厚的TC4钛合金板材,在无填充材料和不开坡口条件下对其进行激光焊接。利用光镜和扫描电镜分析了其焊缝成形与显微组织形貌。结果表明:激光焊条件下,焊接工艺有很宽的适用窗口;其焊缝易腐蚀区表现出三种形态:梯形、双曲线和锥形;焊接过程中,易在接近上下表面的焊缝中部和熔合线出现气孔;焊缝显微组织主要是典型的α相+β相+针状α’马氏体的混合组织,发现明显的粗大的β相晶界,在长时间腐蚀条件下可见不同尺度的孪晶。     

载荷方向对TC4钛合金激光焊缝疲劳性能的影响

针对不同载荷方向对TC4钛合金激光焊缝的疲劳性能的影响展开对比试验分析,对激光直、斜焊缝的疲劳寿命和疲劳断口进行了对比计算与分析.结果表明,直焊缝试件的疲劳寿命相比斜焊缝的分散性小,斜焊缝试件的中值疲劳寿命是直焊缝的1.98倍;直、斜焊缝试件疲劳裂纹均起始于显微硬度最低的热影响区表面,直焊试件裂纹在焊缝区扩展至断裂,疲劳裂纹扩展区有脆性解理特征,而斜焊试件裂纹穿过焊缝进入母材扩展至断裂,扩展区有典型韧性扩展特征;在瞬断区,斜焊缝试件比直焊缝表现出更好的韧性.     

TC4钛合金薄板激光焊接接头的疲劳寿命及断口分析

研究了TC4钛合金薄板激光焊接接头及母材的疲劳性能,并对其疲劳断口进行了观察.结果表明,接头的疲劳寿命在低应力水平时高于母材,在高应力水平时低于母材.母材疲劳裂纹萌生于试样表面;在裂纹扩展区有平行排列的弯曲的二次裂纹和期间更细的疲劳辉纹,瞬断区为细小的等轴韧窝.焊缝疲劳裂纹起源于表面的气孔,源区有笔直且平行排列的二次裂纹;在裂纹扩展区,断口形貌与组织有关,细晶区为韧窝,在细晶与柱状晶交界处为敞口浅韧窝,柱状晶和粗晶区为晶粒大小的刻面,上有大量的微剪切滑移带,断裂机理为滑移带形成及开裂.     

钛合金激光穿透焊的焊缝成形(Ⅰ)

在对钛合金激光穿透焊焊缝成形特征分析的基础上研究了激光焊主要工艺参数对焊缝成形的影响 ,同时对比研究了CO2 激光和YAG激光穿透焊时焊缝成形的差异。研究结果表明 ,在穿透焊条件下 ,CO2 激光和YAG激光焊接钛合金焊缝都具有钉形和近X形两种典型的截面形貌。焊缝成形与焊接热输入及激光功率密度有密切联系。随焊接热输入和激光功率密度的增大 ,焊缝截面由钉形向近X形转变。在采用同样工艺规范获得近X形焊缝成形时 ,YAG激光焊缝的对称度显著高于CO2 激光焊缝。通过调整激光功率、焊接速度和离焦量等激光焊工艺参数 ,可以对焊缝成形进行有效控制 ,提高焊接接头质量。     

激光/等离子电弧复合热源能量参数对钛合金焊缝成形的影响

在对钛合金激光/等离子电弧复合焊与单一激光焊的焊缝成形进行比较的基础上,研究了激光在复合等离子电弧后主要焊接工艺参数对焊缝成形的影响.结果表明,随激光功率增大和焊接速度降低,复合焊与单一激光焊焊缝的横截面形貌均由钉形向近X形转变.与单一激光焊相比,复合焊焊缝的余高和咬边较大.激光/等离子电弧"协同效应"随激光功率和焊接速度变化而不同,从而影响复合焊焊缝的熔宽和熔宽比.随焊接电流从零增大到60 A,焊缝熔宽略有增大,而焊缝熔宽比基本保持不变.     

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.     

钛合金薄板激光焊接技术研究

通过对BT20，TC4等钛合金板材YAG，CO2激光焊接试验，分析了钛合金激光焊接常见缺陷和防止措施，研究了焊前清理、焊接过程中气体保护、激光焊接工艺参数选择及焊后处理对焊接接头力学性能的影响。     

SB_265_Gr1薄板钛合金激光焊接及残余应力

针对0.6 mm厚SB_265_Gr1钛合金开展了脉冲激光焊接工艺试验,并在550℃/0.5 h炉冷下进行焊后热处理(PWHT),焊后成形美观,焊缝保护良好,无缺陷。分析了焊接接头的金相组织和力学性能,对焊缝的焊后及热处理后的残余应力进行了测试。结果表明,焊态和热处理态的焊缝金属中主要为粗大块状α组织和条状α组织,力学性能满足要求,焊后热处理改善了残余应力。为现役核电厂换热装置中换热片整板拼焊的修复方法提供了技术参考。     

Double-sided gas tungsten arc welding process on TC4 titanium alloy

TC4 titanium alloy was welded by double-sided gas tungsten arc welding（GTAW） process in comparison with conventional GTAW process, the microstructure and mechanical performance of weld were also studied. The results indicate that double-sided GTAW is superior over regular single-sided GTAW on the aspects of increasing penetration, reducing welding deformation and improving welding efficiency. Good weld joint was obtained, which can reach 96.14% tensile strength and 70.85% elongation percentage of the base metal. The grains in heat-affected zone（HAZ） are thin and equiaxed and the degree of grain coarsening increases as one moves to the weld center line, and the interior of grains are α and α′ structures. The coarse columned and equiaxed grains, which interlace martensitic structures α′ and acicular α structures, are observed in weld zone. The fracture mode is ductile fracture.