TC4钛合金激光焊缝成形与显微组织分析

针对2mm厚的TC4钛合金板材,在无填充材料和不开坡口条件下对其进行激光焊接。利用光镜和扫描电镜分析了其焊缝成形与显微组织形貌。结果表明:激光焊条件下,焊接工艺有很宽的适用窗口;其焊缝易腐蚀区表现出三种形态:梯形、双曲线和锥形;焊接过程中,易在接近上下表面的焊缝中部和熔合线出现气孔;焊缝显微组织主要是典型的α相+β相+针状α’马氏体的混合组织,发现明显的粗大的β相晶界,在长时间腐蚀条件下可见不同尺度的孪晶。     

TC4/TA17异种钛合金激光焊接接头显微组织和力学性能

研究TC4/TA17异种钛合金激光焊接接头的显微组织和力学性能。结果表明,TC4/TA17异种钛合金激光焊接头焊缝的显微组织为片状α′马氏体,TC4侧靠近母材的热影响区和TA17侧靠近母材的热影响区只发生α相向β相转变,TC4侧靠近焊缝的显微组织为残余α相+针状α′马氏体,TA17侧靠近焊缝的显微组织为残余α相+片状α′马氏体。TC4/TA17异种钛合金激光焊接头的显微硬度呈不对称分布,焊缝的显微硬度最高,TA17母材显微硬度最低。TC4/TA17异种钛合金激光焊接接头断裂在TA17母材,断口呈现韧性断裂形貌。     

TC4钛合金水下湿法激光焊接焊缝组织与性能

使用光纤激光器对TC4钛合金进行了水下湿法激光焊接试验,通过在TC4表面预置焊接辅助剂实现了增加水下湿法焊接熔深的同时对焊缝进行保护的目的. 对焊缝的微观组织和力学性能进行了分析,结果表明,预置焊接辅助剂后,焊缝熔深增大,焊接阈值增加,焊缝中裂纹减少. 焊缝中心主要由初生α和马氏体组织α'相组成,在熔池底部还保留有粗大的β晶界,焊缝由于水的急冷作用出现了淬硬组织,显微硬度远高于TC4母材. 水下焊接拉伸试验试件均断裂在焊缝处,焊接接头平均抗拉强度值为439 MPa,呈现为脆性断裂.     

薄壁TC4钛合金激光焊缝成形试验研究

以TC4薄壁钛合金为研究对象,开展激光焊工艺研究及焊缝成形控制。主要研究了焊接过程保护方式、激光能量控制、离焦量和倾斜角度等焊接参数对焊缝成形的影响。研究结果表明,激光低速焊接TC4薄板钛合金工艺窗口较窄,需要进行精确的能量输入控制。采用高速激光焊接TC4薄板结构,有效地扩大工艺窗口。提高激光离焦量也可以提高熔化宽度,激光功率与离焦量比值为100～140 W/mm可得到良好的熔透效果。激光大角度斜向焊接会出现散射现象,提高能量输入可以良好地保证成形质量。     

TC4/TA15异种钛合金激光焊焊缝的显微组织和高温力学性能（英文）

研究不同焊接工艺参数条件下TC4/TA15异种钛合金激光焊接接头的显微组织和高温力学性能。结果表明:TC4/TA15异种激光焊焊缝熔合区由含针状α’马氏体的粗化β柱状晶组成,热影响区主要由初始α相和β转变相组成,TA15侧热影响区的宽度窄于TC4侧热影响区的宽度。TC4/TA15异种接头的屈服强度和抗拉强度随温度的升高而降低,高温拉伸强度从高到低的顺序为TA15母材>异种接头>TC4母材,800°C时塑性变形程度最高。TC4/TA15异种接头横截面的最高显微硬度位于焊缝中心,热处理后接头的显微硬度整体降低,但硬度分布特征未发生改变。异种接头的高温拉伸断裂均发生在TC4母材侧,并在拉伸过程中发生明显颈缩,微观断口呈现韧性断裂特征。     

TC4钛合金激光焊缝形貌与残余应力数值分析

针对激光深熔焊特点,采用均匀体热源模型、双椭球热源模型和组合热源模型,对TC4钛合金CO₂激光深熔焊的焊缝形貌和残余应力进行了数值模拟与试验.结果表明,在进行激光深熔焊焊缝形貌与残余应力数值计算中,应根据激光焊接热输入选择激光热源模型,并提出了均匀热源模型适合较大热输入,双椭球热源模型适合中等热输入,而组合热源模型适合较小热输入的选择原则;组合热源模型和双椭球热源模型均能体现热输入随深度的递减变化,焊缝轮廓呈现圆锥形和钉子形;均匀体热源的上下表面的残余应力分布基本一致,而双椭球热源和组合热源模型的下表面残余应力明显低于上表面.     

TC4钛合金激光焊缝形貌与残余应力数值研究

针对激光深熔焊特点,采用均匀体热源模型、双椭球热源模型和组合热源模型,对TC4钛合金CO2激光深熔焊的焊缝形貌和残余应力进行了数值与实验研究。结果表明:在进行激光焊缝形貌与残余应力计算中,须根据激光焊接线能量选择激光热源模型,由此提出了均匀热源模型适合较大线能量,双椭球热源模型适合中等线能量,而组合热源模型适合较小线能量选择原则。组合热源模型和双椭球热源模型均能体现热输入随深度的递减变化,熔池轮廓呈现"圆锥"形和"钉子"形,均匀体热源的上下表面的残余应力分布基本一致,而双椭球热源和组合热源模型的下表面残余应力明显低于上表面。     

TC4钛合金激光焊接接头组织与性能

分析不同激光焊接工艺参数下焊缝的微观组织特征,并测试焊缝的力学性能.结果表明:TC4钛合金激光焊接焊缝为针状马氏体α'组成的网篮组织和少量α'相;随着焊接热输入量的增加,由于熔池搅拌、焊接应力、合金元素烧损等原因,马氏体的分布更加散乱和密集;焊接工艺参数对焊缝相组成和各相相对含量的影响均不显著.合理的焊接工艺参数下,接头的强度高于母材.     

SP700钛合金激光焊的焊缝成形与性能分析

对δ=1.2 mm的SP700钛合金开展光纤激光焊接试验,探讨SP700钛合金激光焊的焊缝成形与组织性能.结果表明,负离焦量主要影响着焊缝的背面熔宽,而正离焦量则对表面熔宽的影响更大.焊缝熔宽随着热输入的增大而增加,且背面熔宽的增加幅度更快.当热输入一定时,焊缝背面熔宽受激光功率的影响更大.两种状态的接头焊缝区为粗大的β柱状晶,焊缝区的平均显微硬度均高于母材,抗拉强度基本与母材等强,断后伸长率均比母材要低.平行焊缝的抗拉强度低于垂直焊缝,其硬度和断后伸长率则相对较高,两种焊接接头拉伸断裂的位置也有所不同.     

TC4钛合金激光焊接技术研究进展

激光焊接技术作为当前一种高效、优质焊接新技术的典型代表具有高质、高效、高稳定性、低变形等技术优势,拥有广泛的应用领域。总结了国内外激光焊、激光填丝焊、激光-电弧复合焊接TC4(Ti-6Al-4V)钛合金时,焊接参数对焊缝成形的影响,并且分析了激光-电弧复合焊金属蒸气等离子体的作用机制、复合热源的相互作用模式及熔滴过渡和熔池动力学,重点探讨了焊缝及热影响区典型微观组织及其转变过程,为激光焊接技术在TC4钛合金实际工程应用推广提供理论支撑。     

TC2钛合金薄板CO2激光焊对接接头组织与性能

采用大功率CO2激光焊接设备,研究了TC2钛合金薄板的焊接工艺.针对4 mm厚TC2钛合金对接接头,分析焊缝和热影响区的显微组织结构,检测焊接接头的显微硬度分布规律,并综合试验结果分析焊接接头不同区域的性能.结果表明,焊缝的微组织较母材粗大,具有较强的沿焊接热影响区经焊缝界面向焊缝中心生长的方向性;焊接接头在焊缝区的硬度最高,热影响区硬度较低且硬度变化幅度较大,靠近母材处硬度值最低,是接头强度的薄弱区.     

光束偏移量对钛/铝异种合金激光焊接接头组织和性能的影响

采用激光进行3mm厚钛合金TA15和铝合金5A06的对接焊,激光束聚焦在钛合金上使钛合金熔化,通过热传导使铝合金熔化,得到了成形良好的接头,分析了光束偏移量对接头组织和性能的影响规律.偏移量为0.1 ～0.4 mm时,形成了熔焊接头.偏移量为0.5mm时,接头上部形成熔焊接头,并形成了Ti-Al金属间化合物.接头中部和下部形成了熔钎焊接头,并形成了一层连续的约1 μm厚的金属间化合物.接头抗拉强度随偏移量的增加先增大后减小,偏移量为0.5mm时,接头强度最大,平均抗拉强度可达到181 MPa,接头部分断裂于钛/铝界面的金属间化合物处,部分断裂于铝合金焊缝区.     

活性剂对TC4薄板背反射增效激光焊接成形的影响

为探索降低钛合金薄板激光X形焊接成形所需能量阈值的途径,较为系统地分析了活性剂的种类、涂覆厚度和涂覆位置对钛合金薄板背反射增效激光焊接成形的影响. 结果表明,不同种类的活性剂的影响不同,其中涂覆NaCl和NaF有利于背反射羽辉效应的形成,而涂覆TiO₂时则对其有一定的弱化. 同时,随着活性剂涂覆厚度的增大背反射羽辉效应进一步增强,且NaF相对于NaCl而言对涂覆厚度更加敏感. 此外,在施焊背面涂覆活性剂几乎没有影响. 分析认为,活性剂对钛合金薄板背反射增效激光焊接成形的影响,主要归因于其对激光能量吸收的增益.     

TC4/T2连续驱动摩擦焊工艺及接头组织与性能

采用连续驱动摩擦焊实现了TC4/T2异种金属之间的焊接. 结果表明,热物理性能差异显著的TC4和T2异种金属之间连续驱动摩擦焊,宜采用强规范工艺条件,即采用较大的焊接压力,较短的焊接时间;TC4/T2连续驱动摩擦焊头形成非对称飞边,摩擦压力过小,焊接热输入不足,难以形成规则的飞边形态;采用较短的I级摩擦焊接时间,可以形成紧密的TC4/T2冶金结合界面,并形成一定程度的机械咬合. TC4/T2连续驱动摩擦焊最佳工艺参数为:Ⅰ级加压、Ⅱ级加压和顶锻压力在试样表面产生的压强分别为1.4,1.8和2.1 MPa,Ⅰ级摩擦焊接时间为5 s. 采用最佳焊接工艺参数,TC4/T2连续驱动摩擦焊接头抗拉强度达到母材T2的96.7%.     

TC4钛合金激光搭接焊的研究

进行了TC4钛合金搭接接头的激光焊接研究,得出了工艺参数与接头几何形状之间的关系,间接反映了承栽能力的变化。分析了接头微观组织特征,同时分析了接头区域的显微硬度及性能,测量了焊接接头区域的残余应力分布规律。     

高氧TC4/TC17钛合金线性摩擦焊接头组织特征及力学性能

对高氧TC4/TC17异质钛合金进行线性摩擦焊试验,研究了焊接接头各区域组织特征、焊接界面合金元素扩散行为及力学性能. 结果表明,焊接过程中焊缝区发生了相变及动态再结晶,形成细小的等轴晶粒. 高氧TC4侧焊缝区形成针状马氏体,TC17侧形成亚稳定β相;两侧热力影响区晶粒均发生了破碎,沿着振动方向拉长. 焊后冷却阶段在焊合线附近出现合金元素扩散现象,扩散区域狭窄. 焊缝中心处显微硬度值最高达到420 HV,高氧TC4侧显微硬度随着靠近母材而逐渐降低;TC17侧显微硬度随着远离焊缝中心迅速升高. 拉伸性能测试结果表明,接头抗拉强度与高氧TC4母材相当.     

异质钛合金线性摩擦焊接头形成过程及组织特征

对TC4和TC17异质钛合金线性摩擦焊接头形成及接头组织特征进行分析,并测量了动态平衡阶段的界面温度.结果表明,在摩擦初期界面容易产生大的磨损颗粒,摩擦过渡阶段两侧基体材料产生大的塑性变形,大的磨损颗粒被细化,摩擦界面开始产生高温粘塑性金属;动态平衡摩擦阶段高温粘塑性金属被均匀的挤出界面形成飞边,焊后界面两侧组织被细化.测温结果显示,摩擦过程中界面温度超过1 200℃,高于两基体材料的相变温度,TC17侧焊缝中形成再结晶β晶粒,TC4侧形成典型的魏氏组织,焊缝两侧的热力影响区产生明显的变形,组织均被拉长.