Ti40阻燃钛合金电子束焊接头组织与力学性能

采用不同工艺参数对2 mm厚Ti40阻燃钛合金进行电子束焊接(EBW),通过金相分析、电子探针(EPMA)、室温拉伸以及显微硬度测试对Ti40阻燃钛合金电子束焊接接头的显微组织和力学性能进行分析.结果表明,焊缝中分布着晶粒内部有片层状组织析出的β柱状晶和少量等轴β晶粒,熔合线到焊缝中心晶粒逐渐细化,无明显热影响区.接头中易产生气孔、裂纹等缺陷,通过添加直线扫描波形能够有效地控制焊缝气孔缺陷,从而提高接头的强度.添加直线扫描波形电子束焊的Ti40阻燃钛合金的抗拉强度仍可达到917 MPa,断口呈现出脆性断裂与韧性断裂的混合特征,焊缝区的硬度高于母材,其最大值为376HV.     

基于正交试验的TC4钛合金激光焊工艺优化研究

目的 探究激光功率、焊接速度、离焦量对TC4钛合金激光焊接接头宏观形貌、微观组织及力学性能的影响。方法 通过正交试验方法,研究激光功率、焊接速度、离焦量对接头拉伸性能的影响,并将这3个工艺参数转换为热输入,进一步研究热输入对接头形貌、组织及力学性能的影响。结果 当热输入低于95 J/mm时,焊接接头上下熔宽比较大,焊缝截面呈“V”形;当热输入高于250 J/mm时,接头组织晶粒粗大,甚至出现气孔、错边等冶金缺陷;当热输入为125 J/mm时,焊缝成形美观,焊接接头上下熔宽比接近1,焊缝截面呈“H”形。焊缝区组织主要由原始α相、β相及冷却阶段生成的αʹ相组成,随着热输入的增大,β相柱状晶尺寸逐渐粗化,αʹ针状马氏体相尺寸也相应增大。此外,焊接速度和离焦量对拉伸性能有显著影响,拉伸性能随着热输入的增大呈现先升高后降低的趋势,断口呈韧性断裂特征。当热输入为125 J/mm时,拉伸性能达到最佳,断裂位置发生在母材区,抗拉强度为1 010 MPa,断后延伸率为9.82%;焊缝区中心区域显微硬度高于热影响区及母材区显微硬度。结论 当热输入为125 J/mm时,在TC4钛合金激光焊下,可获得成形美观、性能优良的焊接接头。     

超窄间隙激光焊接TC4钛合金接头组织及性能研究

以TA2为焊丝,采用超窄间隙激光焊接方法焊接了10 mm的TC4钛合金板,间隙为2 mm。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和拉伸试验机分析了TC4钛合金接头的组织与性能。结果表明,选取合适的工艺可以实现TC4钛合金超窄间隙激光填丝焊接,获得无缺陷的焊接接头。接头由母材、热影响区、熔合区、焊缝组成,界线清晰。其中热影响区为网篮状组织,焊缝由大β晶粒组成,大晶粒内部为杂乱的α+α′相针状组织,热影响区晶粒明显细化。由于超窄间隙的啮合效应,接头最大抗拉强度为893 MPa,达到母材的84.7%,断裂位置在焊缝中心。焊缝区和热影响区的显微硬度高于母材,且在热影响区的显微硬度最大,接头整体显微硬度呈马鞍状分布。     

12 mm厚TC4钛合金激光-MIG复合焊接头组织与性能研究

目的 探究TC4激光-MIG复合焊接头显微组织与基本力学性能之间的联系,分析接头不同区域的断裂行为。方法 利用激光-MIG复合焊制备TC4钛合金对接接头,采用光学显微镜和扫描电镜观察接头焊缝区、热影响区及母材的显微组织,在室温下进行了显微硬度测试、拉伸性能测试与断裂韧性测试,并对试样断口进行了观察分析。结果 接头的焊缝区组织为粗大的β相柱状晶,晶内纵横分布着αʹ针状马氏体和针状α相,靠近焊缝一侧的热影响区则由针状αʹ相、α集束与少量细小的块状α相构成。随着远离焊缝中心,母材侧热影响区组织转变为块状的α相、少量α集束及初生β相,并最终趋于与母材组织相似。热影响区的显微硬度值达到最大,这是因为该区域存在比焊缝区更为细小的针状αʹ相。接头的平均抗拉强度和断后伸长率分别为1 020.22 MPa和7.38%。接头在拉伸时主要在焊缝区发生断裂。焊缝区展现出比母材区和热影响区更优异的断裂韧性,平均值为87.14 MPa.m^1/2,焊缝区内纵横交错的网篮组织与集束是其断裂韧性较高的主要原因。结论 在TC4钛合金的激光-MIG复合焊过程中,针状α相和αʹ马氏体的存在会提高焊缝的显微硬度和断裂韧性,但相较于母材塑性没有提升,通过调控焊缝区显微组织结构,可以获得所需性能的接头。     

TC4钛合金热丝钨极氩弧焊接头组织性能研究

对TC4钛合金热丝钨极氩弧焊(hot-wire-TIG)焊接接头组织与性能进行研究,采用金相显微镜观察焊接接头各区域的微观组织特点,并对接头显微硬度和力学性能进行了测定。结果表明,钛合金热丝TIG焊接接头内部无焊接缺陷,焊缝性能优良;焊缝为典型的铸造组织,由粗大的柱状晶和少量等轴晶组成,晶粒内部可以看到细长的针状α′相;热影响区形成粗大的等轴晶粒,其组织主要有细针状α相和残余β相构成;焊接接头的抗拉强度均值为924 MPa,与母材相当;热丝TIG焊缝冲击功较母材提升明显,基本达到母材的1.5倍以上,最大达到66 J;焊缝冷弯角度达到指标要求。     

不锈钢激光点焊接头组织和力学性能研究

目的 改善SUS301L–HT不锈钢激光点焊焊接性能。方法 以2 mm SUS301L–HT不锈钢为母材进行激光点焊试验,并分析焊接接头的金相组织、硬度、拉伸性能以及断口形貌等。结果 焊点表面无损坏、压痕均匀、无较大焊接变形,表面无飞溅、母材颜色无明显变化。焊核区的微观组织主要是柱状晶,柱状晶依附于未熔化母材晶粒向焊核中心生长。母材硬度最高,约为309HV;焊核中心附近区域硬度适中,约为255HV,热影响区硬度最小,不到220HV。点焊接头断裂形式多为纽扣式断裂且发生在热影响区。结论 不锈钢激光点焊整体质量较好,可用于轨道列车车体加工。     

40mm厚TC4钛合金窄间隙激光填丝焊接头组织及性能

利用窄间隙激光填丝焊接工艺完成了40 mm厚TC4钛合金的焊接,通过OM、SEM、EDS、XRD、EBSD等测试方法对接头各区域进行微观组织和结构分析,并测试了其力学性能.结果表明,焊缝截面整体成形良好,无明显未熔合与气孔缺陷.接头三个区域的显微组织相同:焊缝柱状晶内部分布着密集排列的针状α'马氏体和弥散分布的颗粒状的αg相,同一β晶粒内部α'择优取向,大角度晶界比例较高.焊缝中心各区都是典型的α'+β双相结构.热影响区为过渡态组织,越靠近焊缝侧,其组织形态与焊缝处越相似,焊接过程中Al元素向热影响区发生了扩散.焊接接头焊缝区整体硬度高于母材,盖面区最高,平均值约为380HV.接头的抗拉强度最大值为954 MPa,拉伸试样均断在母材,断口为韧性断裂,接头各区室温冲击性能均低于母材.     

热输入对Inconel 617镍基高温合金激光焊接接头显微组织与力学性能的影响EI北大核心

采用两种热输入不同的焊接工艺参数对3 mm壁厚的Inconel 617镍基高温合金进行激光焊接。通过光学显微镜和扫描电子显微镜对焊接接头显微组织进行观察分析,并测试了焊接接头在室温(25℃)及高温(900℃)下的拉伸性能。结果表明:激光焊接热输入对Inconel 617焊接接头显微组织及力学性能影响明显。在高热输入(200 J/mm)条件下,焊缝正面宽度3.88 mm,熔化区中部晶粒尺寸粗大,取向杂乱,树枝晶二次枝晶间距较大(6.71μm),枝晶间碳化物颗粒尺寸较为粗大,枝晶间Mo,Cr等合金元素的凝固偏析较为严重。焊接接头热影响区宽度约0.29 mm,在晶界和晶内形成了γ+碳化物共晶组织,这是由于焊接升温过程中,热影响区内球状碳化物颗粒与周边奥氏体发生组分液化,并在焊后凝固过程中形成共晶。低热输入(90 J/mm)工艺参数获得的焊缝正面宽度为2.28 mm,焊缝呈沿熔合线母材外延生长并沿热流方向定向凝固形成的柱状晶形态。焊缝中部树枝晶二次枝晶间距较小(2.26μm),枝晶间碳化物颗粒尺寸细小,热影响区宽度约0.15 mm。室温(25℃)拉伸测试表明:高热输入下获得的焊接接头由于焊缝中固溶元素偏析造成的局部组织弱化,从焊缝中部破坏,强度与伸长率有所降低,低热输入条件下获得的焊接接头从母材破坏。而高温实验条件下(900℃),母材晶界发生弱化导致所有试样均从母材破坏。     

不同强度301L冷轧板激光对焊接头的组织和力学性能

研究了4级强度亚稳态奥氏体不锈钢301L-DLT、301L-ST、301L-MT和301L-HT冷轧薄板激光对焊接头的凝固组织和拉伸性能。激光焊缝以初始铁素体FA模式凝固,热裂敏感性较小;焊缝由垂直熔合线向内生长的柱状晶组成,没有中心等轴晶粒区。焊缝组织中有奥氏体和板条状、骨架状和蠕虫状铁素体,无杂质、热裂纹和析出相。一次铁素体枝晶臂的平均间距约为17.5 μm,平均铁素体量为5.7%(体积分数)。焊缝的硬度为208~241HV,低于301L-ST、301L-MT和301L-HT板材的硬度。301L-DLT和301L-ST板激光焊件的拉伸断裂位置在母材内,301L-MT和301L-HT板焊件的断裂位置在焊缝内,焊缝金属的断裂强度为886 MPa和921 MPa。301L-HT板焊件的塑性较低,其余三种强度冷轧板激光焊件的拉伸性能都达到了JIS G 4305标准中相应强度冷轧301L板材的力学性能。     

不锈钢激光-MAG复合焊接头微区性能研究

激光复合焊可用于不锈钢焊接,但激光复合焊接头热影响区小,组织变化梯度大.研究接头微区性能可以确定接头薄弱环节,为焊接接头的工艺评定和断裂分析提供理论依据.为此,本文对4 mm厚SUS301L-HT不锈钢进行激光-MAG复合焊接,采用维氏硬度、微型剪切和微拉伸等试验,研究了焊接接头焊缝、热影响区及母材的微区力学性能,并结合金相、断口扫描等分析了各微区力学性能的差异.结果表明：焊缝区域组织主要为柱状奥氏体树枝晶+少量的δ铁素体;母材的剪切强度和抗拉强度最高,分别为560和1 066 MPa,其次为复合焊接头热影响区,焊缝区域最差,接头硬度分布规律与各微区强度变化趋势一致;运用数学方法,得出了接头微拉伸强度与微型剪切强度、硬度之间关系的经验公式.接头各微区剪切断口和拉伸断口SEM分析呈现典型的韧性断裂特征.     

C含量对Ti-V-Cr系阻燃钛合金微观组织和力学性能的影响

用真空自耗熔炼制备了不同C含量的三种阻燃钛合金铸锭(直径120 mm),其名义成分分别为Ti-35V-15Cr、Ti-35V-15Cr-0.075C和Ti-35V-15Cr-0.15C。将铸锭包套挤压成直径为25 mm的棒材,观察了铸锭和挤压棒材的微观组织,测试并分析了挤压棒材的室温拉伸性能、高温拉伸性能、热稳定性能、高温蠕变以及持久性能。结果表明：添加C使阻燃钛合金热挤压后的晶粒显著细化,使其室温和高温拉伸塑性提高;由于碳化物的吸氧作用,添加C的合金热稳定性能显著提高;添加适量的C可提高阻燃钛合金的高温蠕变和持久性能。     

TC4钛合金薄板激光焊接头疲劳性能研究

研究了TC4钛合金薄板母材及其激光焊接头的拉伸和疲劳性能.结果表明:与母材相比激光焊接头的强度升高,延伸率下降;拉伸试样均断在母材.激光焊接头的疲劳寿命在低应力水平时高于母材,而在高应力水平时低于母材.在疲劳扩展区,母材为韧性穿晶断裂,熔合区则呈现出韧性和脆性相混合的断裂形貌;在瞬断区,母材由等轴韧窝组成,而熔合区主要为粗大的穿晶解理平面.     

铝合金6082和5083 MIG焊接头的微观组织和性能

对高速列车车体常用铝合金6082与5083板材进行熔化极氩弧焊(MIG)对接,利用光学显微镜和扫描电镜分析异种材料焊接接头的显微组织特点,利用显微硬度计、拉伸试验机和电化学工作站对接头的力学性能和耐腐蚀性能进行测试和分析。研究结果表明,焊缝成型良好,焊缝区由细小的胞状树枝晶和等轴晶构成,熔合线附近为粗大的柱状晶;焊接接头抗拉强度为199.92 MPa,断后伸长率为5.18%,断裂位置在铝合金6082的焊接热影响区(HAZ),为韧性断裂,接头的正弯性能较差,背弯性能良好;铝合金5083侧的热影响区宽为4mm,6082侧的热影响区宽为15mm,接头两侧的硬度分布有明显差别,在6082侧距焊缝中心12.5mm的显微硬度最低为63HV;6082-5083异种铝合金焊缝的耐蚀性能优于母材5083,但比母材6082差。     

汽车高强钢SG1000激光复合焊接力学性能研究

目的 针对汽车高强钢SG1000焊接接头恶化等问题,研究了SG1000激光复合焊接的力学性能。方法 选用等强匹配焊丝MG90-G对高强钢SG1000进行激光复合焊接,对焊接接头进行拉伸和低温冲击韧性试验,并结合扫描和硬度监测等手段对焊缝组织和断口形貌进行分析。结果 由于激光的预热作用,高强钢SG1000激光复合焊接成形件的焊缝美观,焊接过程稳定可靠,焊接熔池深度较大,有效改善了传统焊接的咬边、飞溅、气孔等缺陷。焊缝组织主要由板条马氏体和奥氏体晶粒组成,热影响区的过热区内部板条马氏体和奥氏体晶粒比较粗大,而焊接母材主要为细小的板条马氏体和奥氏体晶粒。焊接拉伸断口主要为细小且较浅的韧窝,且韧窝底部存在第二相粒子及夹杂物,焊接拉伸断口断裂于热影响区且微观形貌为韧性断裂;冲击微观形貌主要由准解理小平面及河流花样组成,且存在一定数量大小不一的韧窝交错分布,焊接冲击断口断裂于热影响区且微观形貌也为韧性断裂。结论 焊缝热影响区的晶粒比非热影响区的晶粒粗大,拉伸和冲击断裂均发生于热影响区;随着激光功率的增大,复合焊接接头的力学性能呈现逐渐增强的趋势;随着焊接速度的增大,复合焊接接头的力学性能呈现先增强后削弱的趋势。高强钢SG1000激光复合焊接最佳工艺参数如下:激光功率为9.5 kW,焊接速度为0.8 m/min,对应屈服强度为1 072 MPa,抗拉强度为1 175 MPa,断裂伸长率为13.5%,冲击断裂吸收的能量为30.8 J、焊缝中心显微硬度为342 HV。     

钛-铝异种合金电子束焊接接头组织与性能研究

采用电子束焊接方法对厚度为2.5 mm的Ti6321钛合金板材和5083铝合金板材进行了对接焊接试验,并进行了力学性能、显微组织测试。结果表明,焊缝的钛侧及其热影响区组织主要是α'相和原始α相混合形成的马氏体组织,铝侧主要为粗大柱状晶组织,钛铝焊缝交界处析出少量Ti Al金属间化合物;焊接接头的拉伸强度约为219 MPa,接头断裂位置主要在铝侧焊缝位置,部分在钛铝两侧焊缝交界处的Ti-Al金属间化合物上。     

7075超高强铝合金脉冲MIG焊接头组织与性能

目的 研究7075铝合金脉冲MIG焊接头组织与性能。方法 通过对5 mm厚7075铝合金进行脉冲MIG焊接,采用OM、SEM、万能试验机及显微硬度仪对接头的微观组织及性能进行表征。结果 7075铝合金脉冲MIG焊接头中,无咬边、裂纹、未熔合等焊接缺陷;接头显微硬度分布呈现中间低两头高的特征,平均抗拉强度高达370 MPa以上,达到母材强度的70%以上;焊缝区为晶粒尺寸约25~45 μm的等轴晶组织,靠近熔合线的焊缝区域为柱状晶组织,热影响区靠近熔合区一侧为类似等轴晶组织;焊缝区为韧窝断裂,热影响区为脆性沿晶断裂和少量韧窝断裂的混合断裂模式。结论 采用脉冲MIG焊技术可实现7075铝合金的高强连接。     

TC4钛合金/N4纯镍激光高熵化填粉焊接组织性能研究

目的 解决TC4/N4异种金属的焊接问题,拓展钛/镍异种金属复合结构的应用范围。方法 选用Cu_xCoCrMnAl_0.8Si_0.2高熵填充粉末,采用激光填充粉末焊接的方式实现TC4钛合金和N4纯镍异种金属的连接,对焊缝的表面形貌、显微组织、相成分等微观特征进行表征,测试焊接接头的显微硬度和拉伸性能。结果 激光高熵化填粉焊接接头成形良好,无明显缺陷。通过微观组织表征发现,近钛侧存在以β–Ti+Ti₂Ni共晶相为主、宽度为50μm的化合物区,焊缝内部由等轴枝晶、少量雪花状组织和富Cr的沉淀相组成。焊接接头强度远低于母材强度,焊缝硬度高于母材硬度,近钛侧焊缝区硬度高于近镍侧焊缝区硬度。结论 激光高熵化填粉焊接可实现钛/镍异种金属的连接,改善高熵填充粉末成分,调控焊缝金属的微观结构与接头性能。     

钛合金激光焊及其接头的显微组织与力学性能

采用光纤激光器对3.5 mm厚TC4合金板材进行焊接,并对焊接接头的显微组织与力学性能进行分析测试,确定了试验条件下的最佳激光焊参数。结果表明,焊缝熔合区组织主要为针状α′马氏体及少量β相,热影响区由α相及少量α′马氏体组成;接头区域的显微硬度在熔合区变化平缓,而热影响区的硬度下降明显。在激光功率为4.0 kW、焊接速度为3.0 m/min时,获得接头的力学性能最佳,焊缝强度与母材本身的强度接近。接头拉伸断口表面存在大量韧窝,呈明显的韧性断裂特征。     

高速列车用铝合金型材激光-MIG复合焊工艺特性和接头性能

激光-MIG复合焊是实现高速列车铝合金车体优质、高效、低成本焊接制造的理想技术。针对高速列车铝合金车体用的3 mm厚6A01-T5铝合金型材，开展激光-MIG复合焊工艺试验，研究工艺参数对焊缝成形及气孔缺陷的影响规律，分析接头的组织特征、硬度分布、拉伸及疲劳性能。结果表明:在满足焊缝熔透条件下，较小的激光功率、较小的电弧电流或较低的焊接速度有益于减少气孔缺陷;接头组织从焊缝中心到母材依次是等轴晶区、柱状晶区、半熔化区、过时效区和母材区，相比电弧主要作用区，激光主要作用区的等轴晶尺寸更小且半熔化区宽度更窄。接头存在软化现象，焊缝区硬度最低，热影响区宽度约1.5 mm;接头的平均抗拉强度达197.5 MPa，为母材抗拉强度的80.6%，试样断裂于焊缝区，表现为明显的韧性断裂特征;接头的疲劳强度为93.5 MPa，裂纹萌生于焊缝表面的组织疏松处，裂纹扩展区断口呈现明显的韧性断裂和脆性断裂的混合断裂特征。     

深潜器用Ti80厚板电子束焊接接头组织性能研究

采用电子束焊接方法焊接深潜器用56 mm厚Ti80合金,并对焊接接头的组织结构和力学性能进行研究。结果表明,焊接接头成形良好,无缺陷;焊缝组织为马氏体α相和残余β相组成的网篮组织;熔合区界线明显,过热区十分窄;热影响区组织由初生α相、马氏体α相和β相组成;焊接接头各区域显微硬度值分布不均匀,由焊缝至母材显微硬度值逐渐下降;拉伸断裂发生在远离焊缝的母材处,接头抗拉强度为935.3 MPa,大于原始母材的911.8 MPa;焊缝冲击吸收功为36.3 J,由焊缝至母材冲击吸收功值逐渐增大,接头各区域冲击断裂方式均为韧性断裂。