钛合金线性摩擦焊接头焊接缺陷分析

本文选用几种不同工艺参数对TC17钛合金进行线性摩擦焊试验。采用填埋热电偶的方法测量焊接过程中界面温度,运用光学显微镜、扫描电子显微镜等测试手段对接头焊接缺陷进行深入分析,利用显微硬度仪测量了两种不同参数下接头的显微硬度分布。研究表明：当振幅a=1mm时,焊接过程中热输入严重不足,无法得到良好的焊接接头,焊接过程中界面最高温度仅达到相变点附近,而采用a=3mm焊接时,界面温度可以达到1170℃。振幅a=1mm得到的TC17(α+β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头界面会出现孔洞、磨损颗粒、氧化物及夹杂、局部未焊合等焊接缺陷。显微硬度测试结果表明：在a=3mm参数下接头焊缝中心显微硬度值最低,相反残留氧化物及夹杂的存在使得振幅a=1mm时得到的接头焊缝中心显微硬度值达到最大。     

TC17钛合金惯性摩擦焊接头组织特征分析

TC17是一种α β型钛合金,主要用于制造航空发动机整体叶盘、转子和大截面锻件.采用惯性摩擦焊工艺制造航空发动机压气机整体转子能够减少零件数量并有效地提高结构刚度.主要分析TC17惯性摩擦焊接头区组织特征,结果表明:接头组织为细晶区、变形晶区和热影响区,晶粒内部为残留的亚稳定β'相;焊接接头时效热处理后晶粒内部为细小的层片束初生α相、短小的次生α相和β相.     

TC4钛合金搅拌摩擦焊接接头组织转变特征

采用搅拌摩擦焊接技术(friction stir welding,FSW)分别在空气和强制冷却条件下对TC4钛合金板进行了连接,利用OM和TEM技术研究了焊接接头不同区域的微观组织转变特征。结果表明,FSW接头分为搅拌区、热机械影响区和母材区,各个区域经历了不同的热循环和塑性变形,呈现出不同的微观组织特征。母材区为热轧退火后的初生α和β双相组织。空气条件下,搅拌区为α+β片层结构,组织转变主要为β相转变为片层α+β两相,热机械影响区为等轴晶α和α+β片层的双态组织,组织转变受动态再结晶和相变共同作用。强制冷却条件下,搅拌区为针状马氏体结构,组织转变主要为马氏体相变。     

TC4钛合金惯性摩擦焊接头塑性金属流动行为研究

分别对相同焊接面积和不同焊接面积的TC4钛合金棒材进行惯性摩擦焊试验,通过镶嵌标示材料的方法,探讨了其焊缝附近塑性金属的流动行为.研究表明,在焊接过程中,焊缝附近塑性金属呈两种运动方式:焊缝面的水平圆周运动和焊缝厚度方向的螺旋前进运动.当焊接面积相同时,塑性金属在摩擦扭矩、顶锻压力和“X”形焊缝的作用下,以螺旋的流动方式向焊缝流动.外缘塑性金属最先流出焊缝形成最初的飞边,随后内部金属流出形成接近焊缝的飞边.当焊接面积不同时,在摩擦扭矩、顶锻压力和“弧”形焊缝的作用下以螺旋的流动方式向焊缝流动,细端外缘塑性金属最先流出焊缝形成最初的飞边,随后细端内部金属流出形成接近细端焊缝的飞边,当细端飞边达到与粗端焊接面积相同时粗端才会出现飞边.     

钛合金搅拌摩擦焊接动态过程有限元模型

建立4mm厚TC4钛合金搅拌摩擦焊接热输入数学模型,并将模型应用于焊接动态过程温度场仿真,通过试验及有限元模拟进行验证.结果表明,在动态分析过程中,热源恒速移动,工件的温度峰值逐渐平稳,工件温度分布相对稳定,此时搅拌头前端和后端的工件温度分布有所不同,前端温度变化较快,温度梯度相对较大,后端温度变化较慢,高温范围较大.     

TC11钛合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能

本文在不同转速下开展了TC11钛合金搅拌摩擦焊试验,分析了接头的微观组织和力学性能,建立了焊接工艺、接头组织与性能之间的内在联系。接头SZ为完全的β转变组织,其细小晶界α相和晶内片层状α+β相以及针状α′相的双重强化作用,致使SZ硬度最高。HAZ和TMAZ均由残余初始α相和β转变组织组成,但后者具有一定的流变特征,且距SZ越近,转变组织占比越大,强化效果越明显。随着转速的上升,SZ中晶界α相和晶内片层状α+β相的尺寸增加,晶内针状α′相的含量降低,这引起了其硬度的降低。与硬度规律相同,各转速下接头拉伸均断裂在BM,且各转速下SZ抗拉强度明显高于BM,并随转速上升而下降。此外,SZ中细小的晶界α相和晶内片层状α+β相,也导致各转速下SZ延伸率高于BM,使其展现出良好的塑性,且随着转速上升,因晶界α相和晶内片层状α+β相尺寸增加,SZ延伸率有所降低。     

异质钛合金线性摩擦焊接头微观组织

为了探明TC11与TC17异质钛合金线性摩擦焊接头微观组织形成机制,采用光学显微镜和扫描电镜研究接头不同区域的微观组织.结果表明,线性摩擦焊接头由TC11一侧的热力影响区(TMAZ)、TC11一侧的焊缝区、TC17一侧的焊缝区和TC17一侧的TMAZ所组成.在TMAZ未发现有动态再结晶发生,而材料的相变与变形是同时进行的.在焊缝区内发生了动态再结晶过程,摩擦停止后在摩擦界面上形成初生β共生晶粒.在振幅为3 mm、频率为40 Hz、摩擦压力为66.7 MPa条件下,随着摩擦时间的延长,初生β相动态再结晶晶粒尺寸和α相片层宽度增加.     

铝/钢异种金属旋转摩擦焊接研究现状

根据铝/钢异种金属焊接冶金特点及旋转摩擦焊接工艺特点,分析认为旋转摩擦焊最适合铝/钢异种金属轴对称件焊接的工艺。分别介绍了连续驱动摩擦焊和惯性摩擦焊接工艺对铝/钢异种金属焊接接头的组织和性能的影响。总结了铝/钢异种金属摩擦焊接技术研发中亟待解决的主要科学问题,铝/钢旋转摩擦焊过程中摩擦界面及其附近剧烈的塑性流变对IMCs生成的影响规律和机制需要进一步的研究;需要开发相应的工艺措施促进铝/钢接头界面上形成以Fe-Al IMCs为标志的冶金结合,并使IMCs层厚度均匀化。最终指明,研究揭示铝/钢摩擦界面IMCs生成机理、相的组成、形态、分布等冶金行为,对铝/钢旋转摩擦焊接头的组织性能调控具有重要意义,也是铝/钢异种金属焊接结构性能保证的理论基础。     

钛合金搅拌摩擦焊接最新研究进展

钛合金具有密度低、比强度高,耐蚀性好,加工性能优异等优点,主要应用于航空航天、交通运输和石油化工等领域。当钛合金作为结构材料应用在不同领域时,传统的熔融焊接方法会产生较大残余应力,组织粗化,变形大,裂纹和孔隙等缺陷;而采用搅拌摩擦焊接技术可以避免传统熔融焊接方法产生的缺陷,从而大幅度提高钛合金焊接接头质量。目前,钛合金的搅拌摩擦焊接技术已成为国内外研究热点。主要介绍搅拌摩擦焊接的原理、工艺特点,国内外关于钛合金FSW焊接接头的宏观形貌、微观组织(晶粒大小、织构)和力学性能等方面的最新研究进展,最后展望了钛合金FSW未来的研究方向。     

TC4钛合金惯性摩擦焊接头温度场分析

通过对惯性摩擦焊过程摩擦机理的分析 ,讨论了TC4钛合金惯性摩擦焊工艺参数与焊接过程界面摩擦扭矩及能量转换的关系 ,采用热电偶对TC4钛合金惯性摩擦焊焊接过程接头温度分布进行了测试 ,焊接接头沿径向温度梯度很大 ,中心温度接近80 0℃ ,边缘达 136 0℃。通过显微组织分析验证了测量结果 ,焊缝中心为细小的等轴组织 ,沿径向晶粒长大飞边为针片状组织。     

车用铝合金搅拌摩擦点焊工艺

针对2 mm厚6082-T6铝合金搭接搅拌摩擦点焊进行工艺研究,以转速、下扎时间、回填时间、下扎深度为变量,进行不同试验,通过测量不同参数下的剪切强度、观察金相组织,获得了2 mm厚6082-T6铝合金搭接点焊的优化工艺参数。试验表明,最佳转速为2 100 rpm,最佳下扎时间为3 s,最佳回填时间为3 s,最佳下扎深度为2.7 mm。     

防锈铝搅拌摩擦焊接

通过大量试验研究了防锈铝LF21搅拌摩擦焊接技术,深入分析了防锈铝搅拌摩擦焊接头的金相组织和力学性能,并探讨了焊接参数对组织性能的影响.对于3mm厚的防锈铝板,优化的搅拌头材料为ICr18Ni9Ti,形状为圆锥带凹面形,轴肩尺寸为φ12mm,焊针跟部直径为4mm,焊针端部直径为2.8mm,焊针高度为2.7mm.优化的焊接工艺参数范围为旋转速度950-1 500 r/min,焊接速度37.5～60mm/min.研究的成果可应用于有色金属材料搅拌摩擦焊接参数的优化,推动中国搅拌摩擦焊接技术在铝焊接中的应用.     

搅拌摩擦焊与铝船制造革命

铝合金材料替代钢铁材料由于能显著减轾船舶的自重、增加船舶的速度，因而在造船业中日益受到重视；由于搅拌摩擦焊技术的一系列优点，将使铝合金在造船工业中得到曼进一步的应用。在此主要介绍搅拌摩擦焊应用于铝合金船舶焊接中的优点，世界各国造船厂应用搅拌摩擦焊的实例以及搅拌摩擦焊的焊缝质量等3方面的内容。     

纯钛/铝合金A6061电阻点焊接头性能

采用电阻点焊焊接纯钛与铝合金A6061,探讨焊接电流、焊接时间与电极压力对熔核尺寸和接头抗剪力的影响,观察分析接合界面微观组织特征。接头熔核直径随焊接电流增大而增大,而抗剪载荷随焊接电流的增加先上升后下降趋势变化;而接头随焊接时间的延长、电极压力的减小,熔核直径和抗剪载荷而增加。焊接时间为25 cyc时所得接头的抗剪载荷最大,约为7.6 kN。结果显示母材铝合金中Si能抑制界面金属间化合物的生成,改善接头性能。     

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.     

铝合金搅拌摩擦焊热源模型建模专家系统

在铝合金搅拌摩擦焊三维体积热源模型建模过程中,轴肩、搅拌针侧面以及搅拌针底面摩擦产热的热流密度加载范围存在不确定性,需校核确定,增加了建模难度与工作量.针对该问题,建立三维搅拌摩擦焊热源模型,并确定其不确定热源模型参数,研究了这些参数变化对模拟焊缝温度的影响规律.在此基础上,基于参数变化影响规律建立了搅拌摩擦焊热源模型...     

2219-O铝合金的搅拌摩擦焊接

对2219-O铝合金进行了搅拌摩擦焊接,采用光学显微镜分析了接头的微观组织,采用拉伸试验方法评价了接头的力学性能.微观分析表明,在热机循环的共同作用下,焊核区(WNZ)发生了动态再结晶,形成了细小的等轴晶粒,并且沉淀相的数量较其它各区有所增加;热机影响区(TMAZ)晶粒被拉长、弯曲,发生了动态回复和部分再结晶,晶粒内部开始有新的晶粒生成;热影响区(HAZ)的晶粒发生粗化.力学性能测试结果表明,当转速为800r/min,焊接速度为200～400 mm/min时,接头与母材等强度,断裂发生在母材区;当焊接速度大于400mm/min时,接头的抗拉强度很低,断裂发生在缺陷处.     

中厚板钛合金激光-CMT复合焊接工艺特性分析

通过采用激光-CMT焊接的方法对10 mm厚TC4钛合金实现了不开坡口单面焊双面成形,并对焊缝的组织、力学性能及腐蚀性能进行了测试分析. 结果表明,该最优参数下形成的焊接接头中主要由大量的α'马氏体及初生的α相构成,且存在网篮状组织,焊缝区域的显微硬度大于母材区域,可达380 HV,且由于激光作用区拥有更大的冷却速度,焊缝底部生成了更多的α'马氏体,导致焊缝底部硬度比电弧作用区更高. 焊接接头抗拉强度可达到916 MPa,断后伸长率达到16.08%,拉伸断裂结果为韧性断裂,焊缝组织的性能明显优于母材.焊缝处的抗腐蚀性能优于母材,这是因为焊缝组织有更细小的晶粒及大量位错,提升了钝化能力并阻碍了Cl?的扩散.