钛合金激光焊接接头的组织和力学性能

对2.5mm厚BT20钛合金激光焊接接头各区域(包括焊缝和热影响区)的组织特征进行了观察,并测试了焊接接头各区域的显微硬度分布以及室温条件下的接头拉伸、弯曲、疲劳及断裂韧度等力学性能.研究结果表明,焊接接头各区域的微观组织均以"网篮状"马氏体组织为特征,接头各区域显微硬度均高于母材.接头静抗拉强度基本与母材相当,塑性略低于母材.接头中值疲劳寿命与应力水平有很大的关系.在低应力水平下,接头中值疲劳寿命与母材相当,而在高应力水平下,接头中值疲劳寿命远低于母材.接头焊缝金属的断裂韧度显著低于母材,而热影响区断裂韧度则介于母材和焊缝金属之间.     

TC11钛合金扩散连接接头组织及力学性能研究

研究不同连接温度对TC11合金直接扩散连接接头的显微组织和力学性能的影响,并与原始母材进行了比较。实验结果表明：TC11合金直接扩散连接的最优工艺参数为900 ℃/30 min/60 min,扩散接头界面处无孔洞,接头抗拉强度与原始TC11母材接近且塑性优于原始母材。对原始TC11母材和最优工艺参数下的扩散焊接头在室温下进行高周疲劳性能测试。与原始TC11母材相比,TC11合金直接扩散连接的疲劳性能降低,且所有接头断裂均发生在扩散结合界面处。通过观察疲劳断口结合界面的微观结构特征分析得出,扩散接头界面两侧母材的晶体取向差异使得疲劳裂纹萌生,这是降低接头疲劳性能的主要原因。     

Zr-Sn-Nb合金焊接接头的应变疲劳特性

采用板材试样,研究了Zr-Sn-Nb合金焊接接头在室温和375℃温度下的应变疲劳行为并和光滑样品进行了比较.结果表明,焊接试样的疲劳寿命不足光滑试样的一半,无论是在室温还是375℃,纵向试样的疲劳性能明显优于横向试样;其循环塑性应变幅与疲劳寿命之间遵循Coffin-Manson关系;焊接接头在不同温度和应变条件系,表现出不同的循环变形特征.观察了焊接样品的形貌,分析了断口特征.     

GH625合金氩弧焊焊接接头的疲劳裂纹扩展性能

研究了钨极氩弧焊GH625高温合金焊接接头的室温疲劳裂纹扩展行为。采用金相显微镜及扫描电镜对其焊接接头的显微组织和疲劳裂纹扩展断口形貌进行观察。结果表明,GH625高温合金的钨极氩弧焊焊接接头主要是由枝晶状焊缝组织和γ奥氏体等轴晶母材组成,焊缝区析出大量的白色针状δ-Ni3Nb相和块状颗粒状Laves相;其焊接接头的显微硬度高于母材;室温下,在低ΔK区间,GH625高温合金钨极氩弧焊焊接接头的疲劳裂纹扩展速率比母材低,这是由于焊缝处硬质的析出相、二次裂纹以及扩展路径的曲折多样使得其裂纹扩展时需要消耗更多的能量;在高ΔK区间内,焊接接头疲劳裂纹扩展速率高于母材。     

TA15钛合金焊接接头性能与断裂行为研究

对TA15钛合金氩弧焊和电子束焊焊接接头的性能与微观组织进行了分析研究,并结合断口观察,对其断裂行为进行了研究.结果表明,两种焊接接头强度均与母材相当,而塑性明显降低.焊接接头热影响区组织均呈现从粗大等轴组织到魏氏组织的过渡变化特征.疲劳断裂位置一般位于靠近熔合线的焊缝区域,主要原因是此区域存在组织突变和熔合线气孔.焊接气孔对接头疲劳性能影响较大.两种焊接接头疲劳断口特征存在明显区别.     

Hastelloy C-276薄板激光焊接接头疲劳性能EI北大核心CSCD

对0.5 mm厚Hastelloy C-276薄板激光焊接接头进行疲劳试验,结合应力-寿命(S-N)曲线和疲劳断口形貌,研究母材及焊接接头的疲劳性能,分析母材和焊接接头的疲劳断裂机理。结果表明:0.5 mm Hastelloy C-276薄板焊接接头和母材的S-N曲线斜率基本相同,焊接接头疲劳性能和母材的基本相当;母材疲劳断口疲劳裂纹起源于试样侧表面,主要沿宽度方向扩展,随着应力的减小,疲劳源数目减少,疲劳裂纹扩展速率减小;焊接接头在母材和焊缝处随机断裂,焊接接头母材区断口形貌和母材断口形貌基本一致,而焊接接头焊缝区断口的疲劳裂纹起源于侧表面棱角处和焊缝表面,焊缝表面是主要疲劳源,裂纹主要沿厚度方向进行扩展,疲劳裂纹扩展区呈现出准解理断裂特征。     

Ti-60钛合金电子束焊接接头高温下的失效与变形行为

在600℃拉伸条件下,Ti-60钛合金电子束焊接接头的熔合区和热影响区抗变形能力强于母材区(BM),试样断裂于母材区.在600℃持久条件下,当加载应力≤550 MPa时,接头变形以扩散控制的位错攀移为主,变形能力取决于显微组织中的板条边界密度,板条越细,边界密度越高,变形能力越大,断裂位置在接头熔合区;当加载应力接近或550 MPa(母材区屈服强度附近)时,接头的变形以位错滑移为主,断裂位置在母材区.在600℃高周疲劳条件下,疲劳裂纹易萌生于接头母材区,裂纹形核位置在试样的表面或次表面. TEM观察表明,接头母材区的变形以贯穿板条集束的位错滑移为主;而接头熔合区中的位错则局限在单个马氏体板条内部,位错运动特征为攀移及少量滑移.     

回火对激光焊中锰钢焊接接头组织和力学性能的影响

采用光纤激光器对冷轧中锰钢进行对接焊,并对焊接接头进行250和550℃回火处理,研究了回火对焊接接头组织和力学性能的影响。结果表明:焊态试样焊缝组织为全马氏体,回火态试样焊缝组织为回火马氏体。焊态和250℃回火试样均无塑性,为完全界面断裂;550℃回火试样塑性显著提升,断后伸长率达11.7%,约为母材的75.3%,断裂界面存在韧窝。焊后回火可显著提高焊缝的塑性,从而提高焊接接头的力学性能。     

Ti-23Al-17Nb激光焊接接头的组织性能研究

通过室温和高温拉伸性能测试研究焊后热处理和同步预热对Ti-23Al-17Nb(原子分数,下同)合金CO_2激光焊接接头性能的影响.结果表明,接头室温和高温拉伸性能低,焊后真空热处理提高接头室温和高温拉伸性能,仍低于母材;同步预热接头室温强度和塑性与母材相当,高温强度与焊后热处理效果相当.组织分析显示,焊缝存在两个腐蚀衬度区,组织为B2相,热影响区晶粒由熔合线到母材逐渐细化,焊后热处理和同步预热改变β相基体上α2相的析出.     

不锈钢光纤激光熔透焊接头微观结构对疲劳性能的影响分析

利用光纤激光器对不锈钢实施熔透焊试验,分析不锈钢光纤激光熔透焊接头微观结构对疲劳性能的影响。通过微观结构分析方法分析不锈钢光纤激光熔透焊接头微观结构对疲劳性能、硬度、拉伸强度的影响规律。试验结果表明：母材的疲劳寿命比焊接接头的高;在室温腐蚀试验下,循环次数越大焊接接头最大应力荷载下降越明显,腐蚀时间越长,对疲劳性能影响越大;室温疲劳试验中,同等循环次数下,光纤激光熔透焊接头疲劳强度随厚度增大而提高;在瞬断区显微组织对疲劳裂纹扩展断口形貌没有太大影响,母材比焊接接头在疲劳裂纹扩展时更容易出现疲劳条带;焊缝数量可提高焊接接头疲劳性能,在焊缝数量一样时,增加2倍焊缝长度,能够提高疲劳极限,但提升幅度不大;焊缝硬度高于母材的;焊接试样的拉伸测试指标均低于母材的拉伸测试指标。     

新型高铜的6005A铝合金焊接接头疲劳性能

采用扫描电镜,透射电镜,拉伸试验及疲劳试验分析两种6005A铝合金焊接接头的组织及疲劳性能,揭示影响6005A铝合金焊接接头疲劳裂纹形成的主要原因.结果表明,适量铜能显著提升商用6005A铝合金拉伸性能与疲劳性能,其抗拉强度、断后伸长率和高周疲劳强度分别为220 MPa,12%和106 MPa.6005A铝合金焊接区域疲劳失效源于受焊接热输入影响的沉淀相Mg₂Si粗化长大,适量铜能稳定热影响区相成分,改善远离焊缝的软化区间强化相Mg₂Si在结晶面上偏聚,提高接头区域的疲劳性能.     

TC4-DT电子束焊接头显微组织及疲劳裂纹扩展行为

在光学显微镜下对TC4-DT钛合金电子束焊接头显微组织进行了分析,讨论了接头不同位置显微组织特征.比较了疲劳裂纹始于焊接接头不同位置时的宏观裂纹扩展路径及裂纹扩展速率,依据焊接接头显微组织特点讨论了显微组织对疲劳裂纹扩展行为的影响.结果表明,电子束焊接头沿熔深方向显微组织存在一定的差异;文中条件下,与母材区相比焊缝熔合区及热影响区具有较高的疲劳裂纹扩展抗力,导致裂纹扩展路径逐步偏向母材区,最后讨论了裂纹扩展路径的偏折对裂纹扩展速率的影响.     

TA15钛合金电子束焊焊接接头力学性能

钛合金材料以及相关制造技术是实现飞机先进性的重要基础之一,电子束焊接是钛合金板材一种先进的焊接形式.对TA15钛合金板材电子束焊接试样进行了金相分析和静力试验、疲劳试验和扫描电镜(SEM)分析.结果表明,TA15板材电子束焊焊接接头的焊缝、热影响区和母材的微观组织差别明显;焊缝韧性降低,抗拉强度高于母材;热影响区尺寸较小,在1～2 mm左右,是焊接接头的薄弱部位;疲劳裂纹大多萌生于焊接热影响区区域,疲劳破坏试样断口的SEM分析表明,疲劳裂纹大多起源于焊接热影响区的气孔处.     

微量氢对电子束焊接TA15钛合金疲劳寿命的影响

对TA15钛合金电子束焊接试样进行充氢,研究了充氢对显微组织形态的影响,并对微量氢对TA15疲劳寿命影响进行考察。显微组织研究表明:充氢量低于0.105%(质量分数)时,氢以固溶态存在于合金中,并未形成氢化物。疲劳试验结果表明:随充氢量的增加,疲劳寿命大幅下降;这是由于微量氢的存在降低了TA15合金的韧性,固溶氢增加了疲劳裂纹的扩展速率,且氢通过影响裂纹尖端的性能加速疲劳裂纹扩展。焊缝区马氏体束呈团状结晶,且以团为单位统一变形,导致断口上呈团簇形态;且氢对马氏体团疲劳扩展中的行为有一定影响。     

力学失配对电子束焊接接头疲劳裂纹扩展行为的影响

研究了高温合金电子束焊接接头区的疲劳裂纹扩展行为,深入分析了接头区力学失配对疲劳裂纹扩展方向及疲劳裂纹扩展速率的影响规律。结果表明,由于力学不均匀性的影响,电子束焊接接头的疲劳裂纹扩展具有不稳定性,位于高匹配焊接区的疲劳裂纹偏离原裂纹扩展方向,跨越焊接区与母材,呈复合型扩展;焊接区疲劳裂纹的集团使得裂纹尖端有效应力强度因子减小,因而焊缝区裂尖局部有效裂纹扩展驱动力下降,导致接头的疲劳裂纹扩展速率下     

ON FATIGUE CRACK PATH DEVIATION AT ELEVATED TEMPERATURE IN ELECTRON BEAM REPAIRED WELDMENTS OF TURBINE DISK

Fatigue crack growth behaviors in electron beam weldments of a nickel-base superalloy are. studied. The objective of this paper is to discuss effects of the inhomogeneity of mechanical performance on fatigue crack growth (FCG) rate and crack path deviation (CPD). The base metal served in a turbine disk of aerospace engine was selected to fabricate bead-on-plate weldments by using electron beam welding. Some wedge-type opening loading specimens, notched in three different zone of weld metal, HAZ and base metal, were employed and performed fatigue crack growth tests at 650℃. The results show that the fatigue crack growth of electron beam welded joints is instable due to the influence of mechanical heterogeneities. Owing to the crack deviation at the weld metal and heat-affected-zone (HAZ), the effective growth driving force at the tip of fatigue crack was reduced with the reduction of the effective stress intensity factor (SIF) which finally causes fatigue crack rate decrease. Fatigue crack was strongly affected by size and the symmetrical characteristics of the plastic zone at the crack tip, which means that the integrity of the welded structure containing the fatigue crack mainly depended on the toughness of the low strenqth zone.     

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.     

薄板TC4钛合金脉冲电子束焊接技术研究

脉冲电子束焊接是指将电子束流调制成脉冲方波的形式进行焊接的一种先进技术。脉冲束流能提高被焊金属蒸发率,从而提高焊接效率、增加焊缝深宽比。本文采用常规直流电子束和不同频率脉冲电子束对1.2 mm薄板TC4钛合金进行了焊接工艺试验,并对接头进行了微观组织与力学性能检测。结果表明：脉冲电子束焊接能够形成无熔合缺陷的焊缝,随着频率的增加,焊缝咬边和背面余高减小,表面成形得到改善;由于焊接热循环变化,脉冲束流可加快熔池冷却速度,细化组织晶粒;直流和脉冲电子束焊接接头拉伸时均断裂在母材区,拉伸强度不低于母材;高频脉冲电子束可提升焊接接头塑性和焊缝区、热影响区的显微硬度,频率为10 kHz时,焊接接头的断后伸长率可达14.9%,约为母材的80%,焊缝区和热影响区的显微硬度分别为375 HV和368 HV。     

Microstructure and fatigue crack growth behaviour of electron beam welding in 30CrMnSiNi2A steel

The effects of two post-weld heat treatment processes on the microstructure and fatigue properties of the electron beam welded joints of 30CrMnSiNi2A steel were studied. Electron beam local post-weld heat treatment ( EBLPWHT) , in a vacuum chamber, immediately after welding and a traditional furnace whole post-weld heat treatment (FWPWHT) were accepted. The experimental results show that, after EBLPWHT, the main microstructure of weld is changed from coarse acicular martensite into lath martensite, and base metal is changed from ferrite and perlite into upper bainite and residual austenite, however the microstructures of different zones of joints in FWPWHT conditions are tempered sorbite. The fatigue crack growth rate da/dN of welds and base metal are not obviously changed among EBLPWHT, FWPWHT test and as-welded (AW) test, as the mechanical properties of materials have a certain but not large effect on the da/dN of welded joints. The resistance to near threshold fatigue crack growth data of welded joints can be largely improved by EBLPWHT and it is related to microstructure and crack closure effect.