电子束焊接热输入对Ti-6AI-4V组织结构的影响

利用SEM、TEM和显微硬度等方法对TC4的接头焊缝区域进行了分析。结果发现焊接热输入能量的大小与分布模式对焊缝晶粒尺寸有重要影响，焊接热输入为48．0kJ／m表面聚焦模式时，焊缝组织较为均匀，晶粒尺寸为350μm。随着焊接热输入的逐渐增大，焊缝结晶形态由等轴晶向柱状形态演化，粗大的针状α β相和马氏体α‘相从单向长针状转换为多向短针状。电子束的热输入模式亦对焊缝金属中的位错分布及形态有较大影响，随着热输入的增大，焊缝中产生的位错密度逐渐增大，但与母材相比仍然较少。焊缝处显微硬度随电子束焊接热输入模式的不同会有明显的变化，这可能与焊缝中形成针状α β相的形态及分布方式有关。焊接热输入为48．0kJ／m表面聚焦模式时显微硬度的分布较为均匀化(404-480HV)。     

Numerical analysis of thermal fluid transportation during electron beam welding of 2219 aluminum alloy plate and experimental validation

A three-dimensional mathematical model using volume-of-fluid method is developed to investigate the heat transfer,fluid flow and keyhole dynamics during electron beam welding of 2219 aluminum alloy plate.In the model,an adaptive heat source is employed to simulate the heating process of electron beam.Fluid flow is mainly driven by surface tension,thermo-capillary force,recoil pressure,hydrostatic pressure and thermal buoyancy.The thermal-fluid transport behaviors of welding pool during the drilling and backfilling stages of keyhole and the formation reason of the nail-shaped weld with an arc crater are systematically analyzed.Finally,all calculation results are validated by experiments and show good agreements.     

电子束横焊3mm纯铌板的熔池形态

在电子束平焊全熔透情况下,超导腔焊缝正面在反冲压力作用下易发生未焊满及塌陷等缺陷。采用合适的电子束横焊工艺参数,得到了符合工艺要求的正面余高焊缝。并且建立了3 mm厚的高纯铌板横焊过程的二维模型,针对不同的焊接参数分别设计了不同尺寸和形状的熔池,结合VOF算法,模拟焊接熔池里液态金属自由表面存在状态,得到了不同焊接参数下熔池的演变过程。实验结果显示,焊接熔宽随焊接线能量的升高而增大,数值模拟与实验结果较吻合。     

电弧力对TIG焊接熔池液面形态影响的数值模拟

在建立TIG焊接熔池液面三维形状模型基础上,对电弧力作用于熔池液面进行了表征,采用Surface Evolver有限元分析软件进行数值模拟,研究了电弧力对TIG焊接熔池液面三维形态的影响.得到了有电弧作用时,熔池的三维形态和熔池各液面参数随电弧力大小变化的规律.结果表明,在熔池形状一定时(正面、背面熔化区域半径和板厚一定),电弧力的作用深度增加会引起熔池上、下液面和固液面的表面积均增加,其中电弧力的大小对TIG焊接熔池的上液面影响程度大于下液面.这些分析结果为探讨TIG焊接熔池的各类问题提供了基础.     

热输入对TiAl基合金电子束焊接头性能的影响

采用不同的焊接工艺参数对Ti43Al9V0.3Y(原子分数,%)合金进行电子束焊接,分析了不同的焊接热输入对接头组织、焊缝成形及抗拉强度的影响.结果表明,随焊接热输入的增大接头的抗拉强度也增大,但热输入过大时强度降低.TiAl基合金性能对组织非常敏感,电子束焊接时接头组织转变不充分造成变形能力差,极易形成宏观横向裂纹和纵向弧坑微裂纹.近缝区组织和硬度过渡剧烈,是接头中的薄弱环节,因此裂纹大多从弧坑扩展到近缝区而断裂.断裂性质为脆性断裂,断裂特征为解理断裂和穿晶断裂,还具有分层、穿层的断裂特征.     

铝合金电子束焊接熔透特征量的确定

基于视觉图像传感方法,通过设计的平板和斜板试验,对铝合金电子束焊接熔透特征量的提取进行了研究.结果表明,铝合金电子束焊接过程中熔深状态从未熔透向熔透转变时,特征区域宽(W)有相应的响应,特征区域后长(RL)无明显反应;经分析W作为熔透特征量,可用于监测焊接熔深状态的突变,为解决铝合金电子束焊接熔透控制提供了一种有效的途径.     

电子束焊接铝合金焊缝表面成形表征量

基于图像传感方法,研究了铝合金电子束焊接过程特征区域LR(后长)和W(宽)的变化情况,通过分析LR和W的波动性与焊缝表面成形之间的对应关系,确定了电子束焊接铝合金焊缝表面成形表征量.结果表明,vRL(LR的变异系数)和vW(W的变异系数)均可表征焊缝表面成形.vRL是从焊接熔池运动变化的因变量角度进行表征,而vW是从焊接熔池运动变化的自变量角度实现表征,但二者的表征效果相同.     

电子束焊接熔池周期性波动的数值模拟

为了更深入地探究电子束焊接过程中的机理问题,利用数值软件Fluent,对10mm厚的2219铝合金电子束焊接熔池进行三维瞬态模拟。分析电子束焊接进入准稳态后熔池中涡流的变化规律和产生原因,并结合电子束与匙孔壁面相互作用进行讨论。结果表明:电子束焊接进入准稳态后熔池呈周期性波动;根据液态金属流动情况可将焊接熔池分为3个区域,区域Ⅰ中的液态金属维持了熔池体积的稳定,区域Ⅱ中的涡流起到扩大熔池表面的作用,区域Ⅲ中的涡流促使匙孔坍塌;通过对电子束与匙孔壁面的耦合分析可知,电子束在匙孔壁面上并不是均匀分布的,这造成了匙孔底部具有一定的滞后性。     

电子束焊接Ti-6Al-4V接头断裂行为机制

研究了电子束焊接Ti-6Al-4V接头组织结构形态对断裂行为机制的影响。焊缝组织为大量柱状晶和等轴晶以及少量的板条马氏体，粗大的针状d β相和马氏体α’相呈现出多向短针状，焊缝晶粒尺寸为200～350μm，焊缝区的显微硬度值达到536HV，焊缝晶粒粗大严重增加了组织的脆性，使其断裂易发生在焊缝区域。焊缝内部的部分微气孔充当着裂纹的起始源，同时由于气孔分布的不均匀性使其断裂裂纹的扩展路径为非直线分支型。由于α/β两相的线膨胀系数的差异，焊缝中存在的两相交错结构，亦使其断裂发生在／βα界面附近处。层错结构的存在造成强烈的位错塞积产生微孔，成为新的裂纹开裂源。     

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。