TC4钛合金激光-MIG复合焊接研究

通过激光-MIG复合热源焊接参数优化,获得15 mm厚钛合金对接焊接接头,利用金相分析、拉伸试验和显微硬度对焊接接头的显微组织和力学性能进行研究。结果表明:坡口角度60°,钝边5 mm焊接过程最稳定,打底层焊缝熔深和熔宽随激光功率和焊接电流的增加而增加,随焊接速度的增加而减小;采用摆动焊接进行填充和盖面,焊接过程熔滴过渡稳定,无焊接缺陷,焊缝由单一的α'马氏体组成,热影响区显微组织为初生α相和α'马氏体;接头抗拉强度高于母材,断后伸长率为11.5%,略低于母材,拉伸试样断裂在母材处。焊缝区显微硬度最高,热影响区居中,母材最低。     

1460合金的搅拌摩擦焊及焊后热处理工艺研究

采用搅拌摩擦焊对1460铝锂合金进行焊接,研究合金的焊接性能和焊后热处理工艺。运用显微硬度测试和拉伸力学性能测试表征焊缝力学性能;用扫描电镜、透射电镜对焊缝组织进行观察。结果表明:焊前对合金进行固溶和时效处理导致焊缝的抗拉强度降低;焊前未进行热处理的焊缝样品抗拉强度为320 MPa,与母材相当;焊后的固溶+160℃/40h时效处理使焊核区重新析出θ′(Al2Cu)和T1(Al2CuLi)相,焊缝的抗拉强度提高了75 MPa;焊缝拉伸断裂发生在热机械影响区,断裂方式由韧性断裂转变为解理断裂。     

薄壁钛合金T形接头摆动激光填丝焊组织与性能

在摆动激光填丝焊接中,热输入是影响焊接接头组织与性能的关键因素,因此开展热输入与组织和力学性能的相关性研究,为进一步提高薄壁钛合金接头的力学性能提供数据支撑及相关理论依据。采用摆动激光填丝焊对2 mm厚的TC4钛合金T形接头进行焊接试验,对比分析不同位置的微区组织与力学性能。研究结果表明：焊缝表面成形良好,无未熔合、气孔、夹渣等焊接缺陷;焊缝组织主要由α′马氏体和初生β相组成,并有少量的孪晶和位错产生;热影响区主要由母材中未发生相变的α相和α′马氏体组成;焊接接头硬度值在286～413 HV之间浮动,其中焊缝区硬度值最高,与母材相比硬度值约提升38%,随着焊接热输入增大,相变生成α′马氏体越多,显微硬度增大;焊接接头平均抗拉强度为1 076 MPa,略高于母材,拉伸试件断裂位置为母材,断口呈现出韧性断裂特征;焊接接头平均剪切强度为679 MPa,剪切试件断口起裂位置为焊缝内部,焊缝区断口呈沿晶断裂特征,热影响区断口呈解理和准解理穿晶断裂特征。     

热处理温度对6082铝合金焊接接头性能的影响

为改善 6082铝合金焊缝组织、性能,采用固溶+时效处理 6082铝合金焊接接头。结果表明：6082铝合金的强化相为β-Mg₂Si相,焊缝强化相为Mg₃Al₂,固溶+时效处理后焊缝区强度增加,熔合区无显著柱状晶体结构,热影响区受强化相β-Mg₂Si二次熔化影响,强度增强;焊接接头最低硬度在距离焊缝中心 10 mm 处,约为 72HV;固溶+时效处理可提升焊接接头的拉伸性能;焊缝区断口为韧性断裂;时效温度为 150、180、210 ℃时焊接接头抗拉强度较高,伸长率均值约为 12%、13%、11%。     

AZ31B镁合金DE-GMAW焊接头组织与力学性能研究

为研究DE-GMAW(双电极气体保护焊)焊接2 mm厚AZ31B镁合金板材时旁路电流对焊缝成型、焊缝显微组织和力学性能的影响,利用光学显微镜和X射线衍射分析技术(XRD)对接头的显微组织、相及相的成分进行分析,同时用维氏硬度试验计和万能试验机对焊接接头的显微硬度和抗拉强度分别进行测量。结果表明:焊缝区主要由α-Mg和β-Mg17Al12两种相组成;旁路电流为160 A时焊缝外观成型良好,没有焊接缺陷,焊缝质量高;随着旁路电流增加,熔宽基本保持不变,熔深逐渐减小,同时焊缝区晶粒尺寸逐渐减小;焊接接头显微硬度逐渐增大,接头抗拉强度呈先增大后减小的变化规律,在旁路电流为160 A时达到最大值。     

30CrMnSi钢激光焊接工艺研究

为减小薄板30CrMnSi钢的焊接变形,提高焊接效率,采用CO2激光对其进行了激光焊接工艺研究。采用激光显微镜、扫描电镜仪对微观组织进行了表征,采用显微硬度计、材料试验机等仪器对性能进行了测试。研究发现,激光焊接后的焊接接头分为焊缝区、热影响区、母材以及焊缝与热影响交界区和热影响与母材交界区5个部分。焊缝与热影响交界区显微硬度最高,母材显微硬度最低。焊接速度越快,焊缝的显微硬度越高,焊缝越窄。焊接速度越快焊接变形越小,激光功率4 kW、焊接速度8 m/min条件下,100 mm长度范围内的变形0.1 mm.激光焊接接头的抗拉强度高于母材110~170 MPa,母材为韧性断裂,断口呈典型的韧窝形态,热影响区发生脆性断裂,断口呈准解理断裂,随着焊接功率和速度的提高,热影响区的拉伸强度有降低的趋势。     

低成本TC4钛合金单丝MIG焊工艺与性能研究

针对中厚度低成本TC4钛合金板,用单丝MIG工艺研究有无保护装置、不同层间温度、有无焊接摆动等参数对接头质量的影响,用拉伸、显微硬度、金相、扫描等试验测量和分析接头性能与组织.结果表明:单丝MIG焊显著提高钛合金焊接效率,无保护装置的接头内部有裂纹和气孔,层间温度低的接头抗拉强度和韧性更好,摆动与不摆动拉伸性能相当.真空电子束冷床熔炼的母材为片层组织,热影响区是残留α相和α'马氏体相组成的混合组织,焊缝区为α'马氏体相.焊缝区显微硬度最高为349HV,热影响区比焊缝区低24HV,母材比焊缝区低44HV.     

AZ80-Ce0.9镁合金电子束焊接接头组织性能研究

为提高铸态AZ80镁合金焊接接头性能,用真空电子束焊接工艺焊接85 mm厚的AZ80-Ce0.9镁合金,用X射线衍射仪、金相显微镜、扫描电镜和万能试验机等研究焊接接头的显微组织和力学性能。结果表明:焊接接头焊缝区的晶粒细小,尺寸为5～10μm,晶内存在点状Al3Ce相,其尺寸和数量均小于母材,且焊缝区硬度高于母材,平均硬度为66.94HV;焊接接头拉伸断裂均发生在母材位置,抗拉强度、伸长率为184.6 MPa、5.2%;焊接接头拉伸断口呈解理台阶和韧窝状特征的混合断裂形式;添加Ce可提高AZ80-Ce0.9镁合金焊接接头的综合性能。     

2A12T4激光焊接技术

为研究飞机2A12T4铝合金的结构件的激光原位修复技术,使用光纤激光器进行了2A12T4铝合金焊接。通过对焊缝宏观形貌、金相组织的分析以及显微硬度的测试,分析了工艺参数对焊接成形性及组织性能影响。结果表明:在高功率高速度激光焊接时,焊缝成形具有一定的不稳定性;气焊熔剂能明显改善焊缝表面的氧化程度,并细化焊缝晶粒;热影响区存在明显的软化区。由于形变强化、时效强化作用的消失以及高温下低熔点合金元素烧损,焊缝中心区硬度仅为母材的66.1%。在获得稳定焊透的前提下,降低激光功率可显著改善热影响区内软化现象,提高焊缝整体硬度,焊缝中心区硬度为母材的75.56%。     

6A01铝合金激光-MIG复合焊和MIG焊接头性能研究

分别采用激光-MIG复合焊和MIG焊对3 mm厚的6A01-T5铝合金型材进行焊接,使用体式显微镜、金相显微镜、维氏硬度计、电子万能试验机等研究两种焊接接头的宏观金相、显微组织、硬度分布、拉伸性能和弯曲性能,并用高频疲劳试验机对比分析两种焊接接头平滑件的疲劳性能。结果表明:激光-MIG复合焊和MIG焊接头成形良好;激光-MIG复合焊抗拉强度高于MIG焊,激光-MIG复合焊接头中的焊缝区硬度最低,MIG焊的在离熔合线5 mm的母材"过时效"软化区;激光-MIG复合焊疲劳强度高于MIG焊,焊缝第二相尺寸较小且弥散;激光-MIG复合焊接头综合性能优于MIG焊。     

TC4钛合金窄间隙激光填绞股焊丝焊接特性研究

研究了窄间隙激光填丝焊过程中激光功率、焊接速度、送丝速度、离焦量等对TC4钛合金焊缝成形的影响规律,并进行20 mm厚TC4钛合金板的工艺验证及焊接接头的组织性能分析。结果表明：在圆形摆动的激光束模式下,焊缝熔深主要受激光功率和离焦量的影响,焊接速度和送丝速度对熔深的影响较小;焊缝熔宽、焊接速度和送丝速度的关系紧密,受激光功率和离焦量影响较小;用激光功率为4 kW、焊接速度为0.42 m/min、送丝速度为3.5 m/min、离焦量+15 mm的工艺参数得到的焊缝成形良好,无明显外观缺陷,获得的焊接接头力学性能较优异,热影响区主要由针状α’马氏体+初生α_p相组成;焊缝区由粗大的原始β柱状晶粒和内部网篮状针状α’马氏体组成,焊接接头的平均抗拉强度为940 MPa,拉伸断裂位置为母材区。     

7B52铝合金激光-MIG复合焊接头组织与性能

用激光-MIG复合焊接7B52叠层铝合金板材,对接头显微组织、硬度、拉伸力学性能等进行分析.结果表明:复合焊接头由于激光和电弧热源特性不同,导致接头电弧区与激光区组织、性能存在显著差异;电弧区与激光区焊缝内部组织为等轴晶,激光区平均晶粒尺寸为7.4μm,明显小于电弧区平均晶粒尺寸13.6μm;电弧区平均硬度为85HV,低于激光区平均硬度108HV,复合焊的热影响区宽度小于单一MIG焊接;复合焊接头的平均抗拉强度为356 MPa,断裂机制为韧脆复合型断裂.     

热挤压快速凝固AZ91D镁合金棒材的组织与性能

用单辊快速凝固(RS)薄带在330℃热挤压制备了直径Φ14mm的AZ91D合金棒材,用OM、SEM、TEM和XRD分析热挤压前后组织的变化,研究了热挤压对其组织与性能的影响。研究发现,热挤压后RS薄带之间焊合良好,挤压态棒材的抗拉强度较普通凝固铸态高55.9%;屈服强度高77.6%;伸长率与铸态相当;维氏硬度和布氏硬度均有较大提高。热处理后,快速凝固挤压棒材的抗拉强度和屈服强度均没有明显变化,伸长率却提高了5.6倍。在RS薄带的挤压过程中过饱和的á-Mg单相固溶体中有少量β-Mg17Al12相脱溶析出,而热处理后有较多细小的β-Mg17Al12相析出,室温拉伸断口呈塑性断裂特征。RS薄带挤压材料的抗拉强度不仅依赖于其本身的微细组织,而且和挤压加工过程密切相关。     

Mg-12Li-3Gd-3Y-0.6Zr镁合金的均匀化研究

为改善铸态Mg-12Li-3Gd-3Y-0.6Zr合金的力学特性,对铸锭进行均匀退火处理。采用金相显微镜、SEM、XRD、显微硬度测试和拉伸力学特性测试,观察和研究了试验合金的微观组织和力学特性。结果表明:最佳的均匀化退火工艺为500℃×8 h,均匀化退火后合金的抗拉强度由铸态的114 MPa提高到133 MPa。第二相形态及分布的改变是Mg-12Li-3Gd-3Y-0.6Zr合金力学特性改变的主要原因。     

热处理对7003铝合金GTAW焊缝组织与性能的影响

对7003铝合金实施钨极氩弧焊(GTAW),并分别进行焊后AA和T6热处理。利用拉伸机、硬度仪和透射电子显微镜(TEM)研究热处理对焊缝抗拉强度、显微硬度和析出相的影响。结果表明,与AA热处理相比,T6热处理可有效促进焊缝中Zn和Mg元素由高浓度区域向低浓度区域扩散,且扩散较均匀,可起到较好的析出强化作用,从而有效提升母材和焊缝区硬度,减小母材和焊缝区之间的硬度差异,分别使焊缝区和母材硬度提升41%和24%。经T6热处理的焊缝出现30nm宽的无沉淀析出带,且基底分布着细小的η′相析出物,阻碍位错滑移,焊缝抗拉强度较大,达到348 MPa。     

焊接保护气体对7N01铝合金接头力学性能的影响

针对A7N01铝合金MIG焊接工艺,分别采用纯Ar气体和He-N2-Ar混合气体作为保护气体,并通过拉伸、弯曲、硬度以及疲劳试验分析焊接接头的力学性能。试验结果表明:与纯Ar气体保护焊相比,采用He-N2-Ar混合气体焊接时,A7N01焊接接头在循环寿命为107条件下的疲劳强度提高约9.3%,而接头准静态拉伸性能的改善效果有限,其抗拉强度仅提高约2.5%;在He-N2-Ar混合气体保护条件下,焊接接头疲劳性能改善的主要原因是焊缝气孔数量明显减少,而焊接气孔对接头的准静态抗拉强度影响不大。     

焊接电流对AZ91D镁合金焊接接头组织和性能的影响

采用TIG焊对AZ91D镁合金进行对接焊试验。通过光学显微镜(OM)、拉伸机(TM)和显微硬度测试仪研究焊接电流对试样焊缝显微组织和性能的影响。结果表明:当焊接速度为0.003 5 m/s、焊接电压为15 V,随着焊接电流的增大,焊后试样抗拉强度和伸长率增加;当焊接电流为95 A,焊后试样的抗拉强度达到最大值,为236 MPa,焊后试样强度为母材的93.1%,伸长率最大值为13.5%,提高了95.7%。     

喷射沉积Mg-9Al-4.5Ca合金的显微组织和力学性能研究

通过金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、拉伸试验机对喷射沉积工艺制备的Mg-9Al-4.5Ca锭坯沉积态和挤压态的显微组织、相组成与力学性能进行研究。结果表明:喷射沉积Mg-9Al-4.5Ca合金的组织较常规铸态细小,经热挤压加工后组织进一步细化,沉积态合金的组织为等轴晶,晶粒度为3～5μm;沉积坯的相组成为α-Mg、Al2Ca、Mg2Ca、Ca2Mg6Zn3和MgZn2,经热挤压后相组成转变为α-Mg、Al2Ca、Mg2Ca、Mg17Al12和MgZn2;合金挤压态的力学性能较常规变形镁合金MB7有显著提高,抗拉强度、屈服强度、延伸率分别为470MPa、390MPa、8%。合金的强化机制主要为细晶强化,固溶强化和弥散强化。     

搅拌摩擦焊工艺参数对7050铝合金接头性能影响的研究

采用搅拌摩擦焊方法对7050铝合金进行焊接试验。结果表明:当旋转速度为800 r/min、焊接速度为200 mm/min,焊接接头性能最佳,其抗拉强度为455.87 MPa,达到母材强度的88.86%,伸长率为7.34%;接头中心部位是一区域宽约7 mm的高硬度区,其显微硬度为155HV左右,两侧是宽约为4 mm的低硬度区。焊缝截面形貌整体呈现倒圆锥形,包括4个清晰的区域。焊核区形成了粒度细小、形状饱满、晶界明显的等轴再结晶组织,晶粒平均直径在5μm左右:拉伸断口发生在焊缝后退侧的热影响区,为单一韧窝状,韧窝尺寸在5~10μm。     

搅拌摩擦焊工艺参数对7050铝合金接头性能影响的研究

采用搅拌摩擦焊方法对7050铝合金进行焊接试验。结果表明：当旋转速度为800 r/min、焊接速度为200 mm/min,焊接接头性能最佳,其抗拉强度为455.87 MPa,达到母材强度的88.86%,伸长率为7.34%;接头中心部位是一区域宽约7 mm的高硬度区,其显微硬度为155HV左右,两侧是宽约为4 mm的低硬度区。焊缝截面形貌整体呈现倒圆锥形,包括4个清晰的区域。焊核区形成了粒度细小、形状饱满、晶界明显的等轴再结晶组织,晶粒平均直径在5μm左右：拉伸断口发生在焊缝后退侧的热影响区,为单一韧窝状,韧窝尺寸在5~10μm。