Ti-22Al-27Nb/TC4异种合金激光焊接组织性能研究

研究激光焊接对2.5mm厚Ti-22Al-27Nb/TC4异种合金焊接接头组织和力学性能的影响。结果表明,激光焊接可得到表面成型良好、内部无气孔裂纹的接头。Ti-22Al-27Nb侧热影响区O相和α_2相逐渐转变为B2相。TC4侧热影响区由α'马氏体和初始α相构成。焊缝区由B2相和α'马氏体构成。Ti-22Al-27Nb/TC4异种合金激光焊接接头平均拉伸强度为1043MPa,接近Ti-22A1-27Nb母材的强度。焊接接头平均延伸率为5.65%,为Ti-22Al-27Nb母材的49%。拉伸断裂位置均位于焊缝区域,断口形貌为韧窝花样。     

TiAl/TiAl、TiAl/TC4真空电子束焊接头组织及缺陷分析

采用电子束焊接方法对航空航天用的新型结构材料TiAl合金的自体及与TC4的异体对接接头进行了焊接试验,并利用光学金相和元素能谱分析方法(EDS)对TiAl/TiAl及TiAl/TC4电子束焊接接头的组织结构和连接状况进行了研究.研究结果表明TiAl/TiAl的焊缝组织为铸态TiAl柱状晶组织,焊缝内部及熔合线热影响区附近有大量冷裂纹产生,接头强度恶化;过高的焊接速度及粗晶的TiAl母材是导致TiAl/TiAl接头中产生裂纹的主要原因;TiAl/TC4焊缝为近Ti3Al的支晶混合组织,因TiAl与TiAl相比具有较好的延塑性,从而使TiAl/TC4焊缝的抗裂性能提高,接头中未见有冷裂纹出现,这说明TiAl/TC4接头拥有比TiAl/TiAl接头更好的电子束焊接性.     

TC17 合金焊接接头显微组织与疲劳裂纹扩展特性

研究了TC17钛合金惯性摩擦焊焊接接头的疲劳裂纹扩展规律,并利用光学显微镜、扫描电镜对材料的显微组织和断口形貌进行分析。结果表明:TC17钛合金母材为α+β网篮状组织,晶粒较大;焊缝区和热影响区内可以看到明显的原β相晶界,焊缝区的原β晶粒较细小,热影响区的原β晶粒较粗大,晶粒内部存在细小的α相。在室温下,当ΔK≤15 MPa.m1/2时,焊缝区疲劳裂纹扩展速率较小,而当ΔK≥15 MPa.m1/2时,焊缝区的扩展速率最大,其次是热影响区,母材的裂纹扩展速率最小;在高温下,焊接接头各部位的裂纹扩展速率相差不大,均小于室温。     

Ti和Ti／Ni／Ti连接钨与铜及其合金的界面结合机制与接头强度

采用热 力学模拟试验机Gleeble1500D作加热设备,用Ti片和Ti箔 Ni片 Ti箔复合中间层扩散连接钨与铜及铜合金CuCrZr。结果表明,当用Ti片连接钨与铜,连接温度下Ti与Cu反应但未转化成液相时,则反应层由具有一定脆性的多层化合物组成,接头强度偏低;当Ti片通过共晶反应转化成液相且大部分液相被挤出连接区时,接头强度显著提高,最高达220MPa。用Ti Ni Ti复合中间层连接钨与CuCrZr时,结合界面是通过Ti分别与Ni、W及Cu相互扩散并反应生成多层化合物和固溶体而形成的;与Ti片连接钨与铜的接头形成相似,连接过程中Ti箔未转化成液相时接头强度偏低,Ti箔转化成液相时接头强度明显提高。     

TC11与TC17异质钛合金线性摩擦焊连接机理研究

为了探明TC11与TC17异质钛合金线性摩擦焊接头连接机理,采用扫描电镜来研究接头不同位置的微观形貌。结果表明,在振幅为3mm、频率为40Hz、摩擦压力为66.7MPa、摩擦时间为2s的条件下,在接头表面表现为"摩擦磨损"特征。在距接头表面2.5mm处,接头具有"粘着剪切"特征,且原始摩擦界面上有微孔存在,TC11钛合金发生了动态再结晶,而TC17未发生动态再结晶。在距接头表面5mm处,界面上有微孔存在,且在TC17焊缝与热机械影响区(TMAZ)交界处产生裂纹。在距接头表面7.5mm处,原始摩擦界面无微孔存在,在TC17焊缝与TMAZ交界处有裂纹存在。在距接头表面10mm处,接头内无缺陷存在。接头内不同位置的形貌在一定程度上反映了接头的形成过程。     

Ni作中间层的QCr0.8与1Cr21Ni5Ti电子束焊接

针对QCr0.8与1Cr21Ni.5Ti异种合金进行了电子束焊接技术研究.与无中间过渡层形成的焊缝相比,以Ni作为中间过渡层的QCr0.8/1Cr21 Ni5Ti的电子束焊接接头,焊缝区形成了组织、成分梯度变化的过渡区,为提高QCr0.8/1Cr21Ni5Ti电子束焊接接头的力学性能提供了良好的组织保证.     

激光选区熔化成形TC4钛合金激光焊接头组织与力学性能

对3mm厚激光选区熔化成形(SLM)TC4钛合金对接接头进行了激光焊接工艺试验,研究了80J/mm和100J/mm两种能量输入对接头焊缝成形、微观组织及接头力学性能的影响.结果表明,在两种不同焊接能量输入条件下,激光焊接SLM成形TC4钛合金获得良好的焊缝成形,焊缝区的平均显微硬度分别为388.7HV及403.3HV,...     

Ti/Ni/Ti复合层TLP扩散连接Si3N4陶瓷与接头质量控制

研究了Ti/Ni/Ti复合层TLP扩散连接Si3 N4 陶瓷。结果表明 ,Ni Ti过渡液相存在时间短 ,在此期间形成的界面结合强度低 ;必须进一步固态扩散反应才能形成高强度接头 ,相应的接头显微结构为 :Si3 N4 /TiN/Ti5Si3+Ti5Si4 +Ni3 Si/NiTi/Ni3 Ti/Ni。连接时间、连接温度、连接压力及Ti和Ni的厚度影响接头组织和强度 ,其最佳值为 6 0min ,10 5 0℃、2 .5MPa、2 0 μm和 40 0 μm ,所得接头室温和 80 0℃剪切强度分别为 142MPa和 6 1MPa。     

结合钎焊和氩弧焊方法对钛合金/Nb/不锈钢接头的连接

利用AgCu-1.8Ti和AgCu-4.4Ti两种钎料对Nb与0Cr17N i4Cu4Nb不锈钢进行润湿性研究,并钎焊Nb与0Cr17N i4Cu4Nb接头。AgCu-1.8Ti在Nb与0Cr17N i4Cu4Nb上的润湿角均小于AgCu-4.4Ti。分析接头组织发现,AgCu-4.4Ti钎料接头中在靠近不锈钢侧存在约50μm宽的富Ti层,而AgCu-1.8Ti钎料接头中未发现该富Ti层。利用氩弧焊将TC4与Nb预先焊好后再用两种钎料钎焊Nb和不锈钢,测定TC4/Nb/0Cr17N i4Cu4Nb接头的室温拉伸强度。数据显示,AgCu-1.8Ti钎料接头的室温拉伸强度平均值达到222.2MPa,而AgCu-4.4Ti钎料接头强度仅有133.8MPa,所有接头均断于Nb与0Cr17N i4Cu4Nb界面。     

TiAl合金与ZrB2-SiC陶瓷非晶钎焊接头组织与力学性能

采用Cu_(41.83)Ti_(30.21)Zr_(19.76)Ni_(8.19)(at.%)非晶钎料对Ti48Al2Cr2Nb合金与Zr B_2-Si C陶瓷进行真空钎焊连接,通过扫描电镜、能谱分析、X射线衍射以及万能试验机对接头的微观组织和力学性能进行研究。结果表明:Ti Al合金与Zr B_2-Si C陶瓷钎焊接头的界面结构为Ti Al/Ti_2Al/Al Cu Ti/(Ti,Zr)_2(Cu,Ni)+Ti B+Ti Cu/Ti_5Si_3/ZS。当钎焊温度为910℃,随着保温时间的延长,靠近Zr B_2-Si C一侧反应层宽度逐渐增大,接头中弥散分部的Ti B和Ti Cu聚集长大。接头剪切强度随着保温时间的延长先上升后降低,当钎焊温度为910℃,保温20 min时,接头剪切强度最大,为187 MPa,通过对各工艺的接头断口分析,发现接头均断裂在陶瓷侧,断裂方式为脆性断裂。     

工艺参数对钛合金激光T型接头焊缝成形及剪切力的影响

文摘采用连续激光焊工艺焊接TC4/TA15激光T型接头,运用体式显微镜及拉伸试验机对接头进行测试分析,研究工艺参数对激光T型接头焊缝成形及剪切性能的影响。结果表明:在其他参数保持不变的情况下,随着激光功率在一定范围内的提高,焊接速度在一定范围内的降低,骨架熔宽及骨架熔深增加;骨架熔宽是影响激光T型接头剪切性能的决定性参数,匹配激光功率超过4.1 kW、焊接速度低于80 mm/s、离焦量为-5~+10 mm,可使骨架熔宽超过0.51 mm,接头剪切力达到14 kN以上水平。     

双光束激光焊钛合金T形接头的组织特征与力学性能

利用双侧激光同步焊接的方法获得TC4合金T形接头,对接头进行光学显微组织观察以及拉伸性能测试,分析了接头的显微组织与力学性能。结果表明,T形接头母材显微组织为α+β等轴组织。焊缝区显微组织由粗大的β柱状晶和网篮状马氏体组成,蒙皮侧焊缝区柱状晶和马氏体晶粒比加强筋侧细小。热影响区显微组织由细小的针状马氏体、针状α相和少量等轴初生α相组成,蒙皮侧热影响区比加强筋侧窄。T形接头焊缝区拉伸强度大于母材,接头拉伸断裂均发生在离焊缝中心较远的母材上。     

6061铝合金激光穿透焊的焊缝成形

分别采用光纤激光和YAG激光对2.5mm厚的6061铝合金开展了激光穿透焊接试验,研究了主要焊接参数对焊缝成形的影响规律。结果表明,与YAG激光相比,高能量密度的光纤激光更易于实现穿透焊接,且光纤激光获得良好焊缝成形的工艺区间更大。在穿透焊接条件下,焊缝截面形貌分为钉头形和近X形两种。当激光功率较高时,光纤激光焊缝更趋向于生成近X形截面,YAG激光焊缝更易于生成钉头形截面。焊缝成形受激光功率密度和焊接热输入双重因素的影响。随激光功率密度和焊接热输入的增大,光纤激光焊缝截面形貌逐渐由钉头形向近X形转变。     

BT20钛合金激光焊技术研究

针对2.5 mm厚BT20钛合金进行了CO2激光焊和YAG激光焊研究,结果表明由于激光特性不同,形成的焊缝几何特征不同,当焊接工艺适当,可保证焊接过程的稳定性和焊接接头的质量.在激光自熔焊时主要的焊缝缺陷是咬边,这是由于钛合金物理性能和激光高能束流焊特性所致.这种咬边缺陷不利于焊接接头性能,尤其是接头的疲劳性能和断裂韧性.采用活性剂和填丝焊,以及激光旋扫焊可以改善焊缝咬边缺陷,提高钛合金激光焊接头的力学性能.     

Ti2AlNb合金电子束焊接在航空发动机机匣中的应用

以先进航空发动机机匣为应用对象,开展了Ti2AlNb合金电子束焊接技术研发。分析了焊缝的主要化学成分,研究了焊接接头组织、力学性能和断口形貌,焊接了Ti2AlNb合金机匣并开展考核验证。结果表明,Ti2AlNb合金电子束焊缝成型良好,未出现吸氢和铝元素烧损,可满足Ⅰ级焊缝的质量要求。焊接接头的抗拉强度较高,可达到母材强度的90%以上,但接头的持久性能和低周疲劳性能比母材的明显降低。焊接接头力学性能试样断口主要为沿晶断裂形貌,接头中存在少量的微小气孔。焊接机匣通过了最高腔压为10.0 MPa(焊缝处等效应力约为593.0 MPa)的压力实验和3 000次最高腔压为5.0 MPa(焊缝处等效应力约为261.0 MPa)的低循环疲劳实验。研究结果为Ti2AlNb合金在发动机机匣中的应用提供了参考。     

铝钛异种合金电子束焊接接头组织与界面分析

采用真空电子束技术获得了7075铝合金和TC4钛合金异种接头。分别通过金相显微镜、扫描电镜和能谱分析仪等检测仪器观察了焊接接头的宏观形貌、微观组织特征和元素分布情况,同时分析了过渡层中金属间化合物的形成过程及其影响因素。试验结果表明:熔合区铝合金侧微观组织以柱状晶、等轴晶组织为主,还有少量的细晶组织,钛合金侧会析出呈针状或片层状的α相和α'相。由于Ti Al3的自由能最小,在铝焊缝和钛焊缝的界面生成的金属间化合物主要成分为TiAl3,元素扩散不充分导致少量的Ti Al、TiAl2等中间相生成,且随着热输入量的增加,金属间化合物层逐渐变厚,但化合物种类不变。试验结果为铝钛异种合金焊接界面研究提供了借鉴参考。     

激光熔化沉积快速成形TC4钛合金的焊接性能

为了探索激光熔化沉积快速成形技术制备TC4钛合金的焊接性能,分别采用电子束焊、激光焊两种方法制备接头试样,并借助金相、硬度试验等方法获得接头力学性能、显微组织及硬度。结果表明:两种焊接方法得到的接头抗拉强度最高达953 MPa,焊接系数均0.9;激光和电子束焊接焊缝为网篮状α'相马氏体组织,热影响区为α相和针状马氏体组织组成。激光熔化沉积快速成形TC4钛合金和传统工艺制造的TC4钛合金在焊接特性方面表现相当。     

TiNi记忆合金激光焊接缺陷分析

针对TiNi形状记忆合金薄板采用NdYAG连续激光进行自熔焊接和预填稀土薄片的工艺研究。试验表明,合理的焊接工艺参数可以获得良好的焊缝成形,然而,同常规的钛合金激光焊接一样,Ti Ni形状记忆合金主要焊接缺陷是气孔和裂纹。基于X射线图像、扫描电镜等手段对焊缝缺陷的位置、形状、大小和周边组织变化进行了进一步观察,并对缺陷形成的原因和控制进行了分析。     

添加钛箔镁/铝异种金属激光焊接研究

提出镁上/铝下搭接、镁/铝层间添加Ti箔的激光焊接技术,对AZ31镁合金和6061铝合金进行焊接,研究钛箔–激光作用下镁/铝接头的组织与性能。结果表明,在激光焊接工艺条件下,添加Ti箔可实现镁/铝有效连接,镁/铝接头的剪切强度（线强度）达到58 N/mm,熔池形貌由未添加Ti箔时的“V”型转变成添加Ti箔时的“酒杯状”。随着Ti箔厚度的增加,镁/铝接头的熔池深度增加,靠近铝侧基体的Ti箔部分熔化,Ti元素分布在熔池内部,生成Ti3Al化合物;添加Ti箔抑制镁液和铝液直接接触,避免Mg、Al反应生成脆性Mg/Al化合物,添加Ti箔起到一定的阻隔效果,但Ti箔的导热系数较低,离激光热源较远,Ti箔熔化不完全,Ti箔与母材基体的结合有待提高。     

锻造TC4钛合金电子束焊接接头的疲劳破坏机制

对锻造TC4钛合金电子束焊接(EBW)接头进行了应力控制的高周疲劳试验和应变控制的低周疲劳试验,利用扫描电子显微镜对疲劳断口进行观察与分析,研究了疲劳裂纹的起裂机制.研究结果表明:所有的高周疲劳试样裂纹起裂位置和最后断裂位置均发生在母材区,而低周疲劳试验试样断裂位置表现出不确定性,在焊缝区和母材区均可导致裂纹起裂.高周疲劳载荷下,裂纹起源于表面滑移;低周疲劳时,裂纹可能在接头母材区的表面起裂,也可能在接头焊缝的内部缺陷处起裂,裂纹起裂模式取决于载荷大小.