钛合金与铬青铜电子束自熔钎焊接头组织与力学性能

采用铜侧偏束工艺实现了TA15钛合金与QCr0.8铬青铜的电子束自熔钎焊,采用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射分析仪对焊缝组织进行了分析,通过接头抗拉强度对接头力学性能进行了评价。结果表明,电子束偏向铜合金1mm时,钛合金母材只有上部少量熔化,实现与铜合金的连接,而接头中部和下部的连接则通过液态金属对钛合金母材的钎接而实现连接。钎缝界面由较薄的Ti-Cu化合物层组成,主要包括TiCu、Ti2Cu3、TiCu2和TiCu4。而在铜侧焊缝内,细小的Ti-Cu化合物弥散分布于铜基固溶体上,使焊缝得到强化。接头强度达到300MPa,拉伸时断裂发生在铜合金上,呈韧窝状塑性断裂模式。     

QCr0.8/TC4薄板电子束焊接头组织及断裂路径

对QCr0.8/TC4异种材料薄板进行了电子束对接焊接试验.采用光学金相、扫描电镜、能谱分析及X射线衍射相分析等方法,对接头组织结构及相组成进行了分析.并对接头进行了性能测试及断口形貌观察,分析了断裂性质,探讨了断裂路径.结果表明,焊缝由大量的γ-CuTi相、金属间化合物CuTi2,CuTi3及少量的铜基固溶体组成,且靠近铜合金侧存在一层20 μm左右的反应层,推测其可能为Ti2Cu,CuTi,Cu4Ti3,Cu2Ti,Cu3Ti等多种金属间化合物混合层;QCr0.8/TC4的电子束对中焊接性较差,接头断裂发生在焊缝中心的粗晶区,呈明显的解理断裂特征,接头抗拉强度很低,仅为82.1 MPa.     

铜/钛合金电子束焊接工艺优化

研究了QCr0.8/TC4电子束焊接工艺及接头组织,由于铜合金热导率高而熔化量较小,以及焊缝中生成大量脆性金属间化合物相,因此对中焊时接头强度较低.采用偏铜侧进行非对中电子束焊接,接头抗拉强度随偏束量的增大而增高,偏束量为0.8mm时接头最高抗拉强度为270.5MPa.断裂发生在TC4侧熔合线处,为脆性准解理断裂特征.偏铜焊时接头成形得到改善,焊缝包括熔合区及TC4侧反应层两部分.熔合区主要由铜基固溶体组成,硬度较TC4母材有所降低.反应层成分过渡较大,含有多种金属间化合物相.随着工艺参数的变化,反应层厚度也发生变化,从而对接头性能产生影响.     

铬青铜与双相不锈钢电子束熔钎焊接头形成机制

采用光学金相、能谱分析及电子探针元素分析方法对QCr0.8／1Cr21Ni5Ti电子束熔钎焊接接头的组织结构进行了研究。研究结果表明,铬青铜与双相不锈钢电子束熔钎焊接头的焊缝组织为宏观均匀的Fe在Cu中的过饱和固溶体相,熔钎界面上部形成了与焊缝及钢侧母材连结良好的一薄的α ε相熔合过渡层,下部为钎合面。给出了铜钢异种材料电子束熔钎接头形成的结构和热作用条件,并基于组织结构分析和电子束焊接的特点,建立了QCr0．8／1Cr21Ni5Ti电子束熔钎焊接接头形成的物理模型,探讨了其形成机制。分析认为,QCr0．8／1Cr21Ni5Ti电子束熔钎焊接头组织结构的形成是由匙孔形熔池形成阶段、熔合过渡层形成阶段、钎缝形成阶段及最终组织形成阶段组成。     

采用不同结构Cu/V填充层的钛合金/不锈钢电子束焊接试验

对采用不同结构Cu/V填充层的钛合金与不锈钢电子束焊接头横截面形貌、微观组织及力学性能进行了分析.结果表明,采用片层结构的Cu/V填充层进行焊接时,焊缝组织由钒基固溶体、铜基固溶体及铁基固溶体组成,但由于焊缝底部有钢层未熔,形成未熔合缺陷,接头强度为288 MPa.采用楔形结构的Cu/V填充层,在保持接头固溶体过渡组织结构特征的同时,消除了未熔合缺陷,接头抗拉强度达到385 MPa.未熔钒层为接头力学性能薄弱区域,不同结构填充层的焊接接头断裂均发生于未熔钒层处.     

TA1/Cu/X65复合板焊接接头微观组织及力学性能

对TA1/Cu/X65三层复合板(复层TA1厚2 mm,中间层Cu厚1 mm,基层X65管线钢厚12 mm)进行了钨极氩弧焊(TIG)对接焊,设计并制备了过渡层焊接材料Cu-Ag-Mo-Nb药芯焊丝,从而对焊接接头性能进行有效冶金调控。通过SEM、EDS、XRD、TEM对接头组织特征、界面元素分布进行了分析鉴定,通过拉伸和显微硬度实验测试了接头的力学性能。结果表明,焊缝各层填充金属之间冶金结合良好,且有明显的熔合线和过渡带,其中,在Ti焊缝和过渡层焊缝之间存在宽度大约为150μm的Ti-Cu冶金反应区,过渡层焊缝和钢焊缝之间的组织主要是铁基固溶体和铜基固溶体。中间Cu夹层和Cu-Ag-Mo-Nb药芯焊丝的使用,抑制了Ti-Fe硬脆金属间化合物的产生,形成了塑性相对较好的铜基固溶体和Ti-Cu、Ti-Ag等金属间化合物。接头的平均抗拉强度为507 MPa,主要由X65层贡献。焊缝硬度在各过渡界面处均发生突变,其中在Cu-Ag-Mo-Nb、ERTi-1焊缝处硬度可高达447和507 HV_(100),对接头塑韧性有很大影响。     

电子束焊接QCr0.8/TC4焊缝反应层结构及成长分析

QCr0.8/TC4偏铜电子束焊接焊缝由熔合区及反应层组成,其中反应层的组织结构、相组成和反应程度是影响接头抗拉强度的主要因素.参考扩散理论,利用Fick第一定律计算了稳态扩散时Cu,Ti两种组元在界面处的扩散通量比.反应层中优先生成CuTi化合物,其在反应层中为连续生成及分布.通过能谱分析得出反应层的组成依次为Cu CuxTi区,CuTi基固溶体区.其中CuxTi为多种化合物的混合,如Cu4Ti,Cu3Ti,Cu2Ti等.由于电子束焊接接头冷却速度极快,TC4侧靠近熔合线处来不及生成第二相化合物,因此反应层处形成的连续金属间化合物CuTi层使该处变得硬脆且残余应力较大,成为影响接头力学性能的主要因素.     

铬青铜与双相不锈钢异种材料电子束熔钎焊

对QCr0．8与1Cr21Ni5Ti偏铜电子束焊接接头的组织和力学性能进行了研究。研究结果表明，随电子束距对接中线铜侧偏移值的增加，QCr0．8／1Cr21Ni5Ti对接接头焊缝组织及成分逐渐均匀化，接头熔接状态得到改善；铜侧偏移值达0．8．1．0mm时。形成焊缝组织成分均匀化的熔钎接头，其抗拉强度可达330MPa左右，已可满足实际使用要求。     

药芯焊丝中V含量对Ti/X65复合板焊缝过渡层性能的影响

采用自行研制的Cu基体药芯焊丝对Ti/X65层状复合板进行熔焊对接试验,焊丝中V粉的包覆率分别为15%、20%、25%。研究发现,V元素的加入可显著减少Ti-Cu金属间化合物的生成并进一步细化焊接接头显微组织,且V可与Ti形成连续固溶体,稀释了焊缝中的Ti元素。当V含量为25%时,焊接接头的抗拉强度和弯曲强度均达到最大值。从硬度方面分析,Cu药芯焊丝过渡层硬度较高,约为500 HV_0.1。     

304不锈钢与QCr0.8铬青铜填加铜焊丝的电子束焊接

采用填铜焊丝对304不锈钢与QCr0.8铬青铜进行电子束焊接。采用正交试验法研究不同工艺参数对焊接接头抗拉强度的影响,并对焊接工艺参数进行优化。优化工艺参数如下：束流30 mA,焊接速度100 mm/min,送丝速度1 m/min,束偏移量-0.3 mm。对优化后接头组织的分析结果表明,焊缝主要由树枝状α相与少量球形ε相组成;仅在焊缝区的上部出现铜的混合不均匀;而在铜侧熔合线附近存在一个铜的熔化但未混合区,该区域晶粒长大严重,是接头的最薄弱区。显微硬度测试结果显示,焊缝硬度随固溶体中铜含量的增加而减小。接头的最高抗拉强度为276 MPa。     

Microstructure and mechanical properties of butt joints of QCr0.8/1Cr21Ni5Ti equal-thickness dissimilar materials by electron beam welding

0　IntroductionThedissimilarmaterialsjointisusuallyemployedinindustrialproductiontomakefulluseofthematerialsperformanceadvantageorspecialstructuralpurpose.Thedissimilarmaterialsjoiningtechnologybetweencopperalloyandstainlesssteelhasattractedagreatdealofattention,botheffectiveassemblageputweldedcomponent’scoolingandhighstrengthintoeffect.However,becauseofbothmaterialschemicalandthermophysicalperformancedifferenceandcomplexityofweldingmetallurgy,thedefectsuchaspore,crackandbrittlephaseandarathe…     

铜与不锈钢的CMT熔钎焊及其微观组织

采用CMT熔钎焊对2.5 mm厚的QCr0.8铬青铜板与7 mm厚的S-06不锈钢板进行搭接焊,选择S201紫铜焊丝作为填充焊丝,共进行了9组参数的试验,经过试验设计与分析,焊接电流在180 A时,焊接速度在40 cm/min时,能得到良好的焊缝成形。焊缝组织为粗大的柱状晶,热影响区(HAZ)组织为粗大的等轴晶。熔钎焊区铜钢界面处存在一层过渡层,该过渡层由两部分组成,靠近钢一侧的为Fe,Cu,Cr三种元素组成的物质,靠近铜一侧的为Fe与Cr两种元素组成的物质。     

Electron beam welding of Ti-15-3 titanium alloy to 304 stainless steel with copper interlayer sheet

Electron beam welding of Ti-15-3 titanium alloy to 304 stainless steel with a copper sheet as interlayer was carried out.Microstructures of the joint were studied by optical microscopy(OM),scanning electron microscopy(SEM) and X-ray diffractometry(XRD).In addition,the mechanical properties of the joint were evaluated by tensile test and the microhardness was measured.These two alloys were successfully welded by adding copper transition layer into the weld.Solid solution with a certain thickness was located at the interfaces between weld and base metal in both sides.Regions inside the weld and near the stainless steel were characterized by solid solution of copper with TiFe2 intermetallics dispersedly distributed in it.While weld near titanium alloy contained Ti-Cu and Ti-Fe-Cu intermetallics layer,in which the hardness of weld came to the highest value.Brittle fracture occurred in the intermetallics layer when the joint was stretched.     

CuCrZr/316LN合金管激光焊接头组织与性能

对CuCrZr与316LN异种材料合金管进行激光焊试验,观察分析试样的接头形貌、微观组织、化学成分以及力学性能分析.结果表明,在激光功率1 100～1 400 W、离焦量+20 mm、焊接速度14.5 mm/s和氩气流量15 L/min时焊缝成形良好,可实现CuCrZr/316LN合金管的全位置焊接,焊缝内部缺陷较少,但随着激光功率的增加,焊缝下塌现象明显;CuCrZr/316LN焊缝与母材连接界面元素过渡明显,由于Fe,Cu互溶,在焊缝内部主要以形状不同的富Fe的Fe/Cu固溶体存在;CuCrZr/316LN合金管激光焊接接头抗拉强度较高,主要断裂位置为晶粒粗大的铜侧热影响区位置,断裂形式以韧性断裂为主.     

填充金属对钛合金与不锈钢电子束焊接的影响(英文)

采用Ni、V、Cu等填充材料进行钛合金与不锈钢的电子束焊接实验。采用光学显微镜、扫描电镜及X射线衍射对接头的微观组织进行分析。通过抗拉强度和显微硬度评价接头的力学性能,分析讨论填充材料对钛/钢电子束焊接接头微观组织和力学性能的影响。结果表明:填充材料有助于抑制Ti-Fe金属间化合物的产生。所有接头均由固溶体和界面化合物组成。对于不同的填充材料,固溶体和界面化合物种类取决于填充材料与母材之间的冶金反应。对于Ni、V及Cu填充材料,界面化合物分别为Fe2Ti+Ni3Ti+NiTi2,TiFe和Cu2Ti+CuTi+CuTi2。接头抗拉强度主要取决于金属间化合物的脆性。采用Cu填充金属的接头抗拉强度最高,约为234 MPa。