TC4钛合金电子束焊接工艺参数对焊缝形状的影响

对TC4钛合金厚板电子束焊接焊缝形状进行了试验研究,分析了电子束焊接过程中不同工艺参数对焊缝形状的影响。结果表明,电子束聚焦电流对焊缝形状的影响较大,随着聚焦电流的变化,焊缝形状变化各异;焊接速度对焊缝形状的影响较聚焦电流要小,焊接速度不同,焊缝整体形状有所不同,但差异不大;电子束流对焊缝形状的影响作用较小,焊缝形状的变化近似于整体缩放。     

大厚度钛合金电子束焊接接头的低周疲劳行为

研究了大厚度TC4钛合金电子束焊接接头的低周疲劳行为,比较了母材和焊缝的低周疲劳性能,并探讨了焊缝区的低周疲劳性能随厚度的变化情况.结果表明:焊缝与母材的低周疲劳性能十分接近,其低周疲劳性能基本达到母材的水平;在厚度方向上,焊缝的低周疲劳性能变化不大.     

TA15钛合金电子束焊缝形貌及其组织研究

采用不同工艺参数对TA15钛合金进行电子束焊接,通过观察焊缝形貌、测量其形状参数研究了焊接接头形貌的变化规律,并分析了焊接接头组织。结果表明:增大电子束流时,熔深、半熔深熔宽、焊缝宽度都增大,焊缝横截面的形状从"钉形"转变为"钟罩形";增大焊接速度,对焊缝形状影响不大,熔深、半熔深熔宽及焊缝宽度均减小,深宽比先增大后减小;聚焦电流的增大对熔深作用较明显,半熔深熔宽及焊缝宽度变化不大;扫描幅值的增加使焊缝熔深减小,半熔深熔宽增大。靠近母材的热影响区组织与母材组织相近,主要由初生等轴状α相及转变β相组成,并出现针状(α+β);靠近熔合线的组织由α相和针状(α+β)相构成,并出现α'马氏体;熔合区组织由α'组成,熔合线周围柱状晶垂直于焊缝中心生长,并在焊缝中心形成单列或多列的等轴状晶。     

TA15钛合金电子束焊平行焊缝形貌及显微组织研究

对TA15钛合金厚板电子束焊接均匀焊缝即熔合线近似平行的焊缝的电子束焊接工艺进行了研究,获得了一系列均匀焊缝的焊接工艺方法。选用加速电压为140kV、焊接速度600mm/min,聚焦电流318mA和338mA,电子束流43mA和50mA的工艺条件获得了2种形状的焊缝。研究结果表明,电流越大,焊缝显微组织越粗大,热影响区越宽,接头显微硬度曲线也越平滑。     

TC4钛合金电子束焊缝形状特征分类研究

论述了理论解析、数值模拟、回归分析、人工神经网络等多种焊缝形状的研究方法,采用多种预测方法结合将是较为理想的焊缝形状研究方案.在所获取的电子束焊缝截面上取一系列控制点,利用B样条曲线实现焊缝形状的参数化再现,分析了控制点参数与焊缝形状特征参数的关系,建立了焊接形状分类准则,获得了特征尺寸临界值,并将电子束焊缝分为漏斗型、钟罩型、楔型和钉型四类.     

TC18钛合金焊接接头力学性能试验研究

氩弧焊和电子束焊是钛合金加工中两类常见的工艺方法,对比研究两种工艺对焊接接头力学性能的影响对其在工程中的合理选用具有重要的参考价值。完成了TC18钛合金氩弧焊接头和电子束焊接头的静力拉伸及旋转弯曲疲劳试验,并根据试验结果对两类焊接接头的力学性能进行了对比分析,采用统计学方法给出了二者的中值疲劳寿命SN曲线及疲劳极限。研究结果表明：氩弧焊接头焊缝区内晶粒粗大,使得材料的力学性能明显劣化;电子柬焊接头具有更高的抗拉强度与更好的高周疲劳性能,更有利于工程应用。     

300M超高强度钢及其电子束焊接接头高周疲劳断裂机制研究

测试了300M钢母材及电子束焊接接头高周疲劳性能,并结合断口宏/微观形貌分析了其高周疲劳断裂机制。结果表明:焊接接头高周疲劳性能低于母材的疲劳性能。母材试样表面微观缺陷以及硬脆的非金属夹杂Ti(C,N)粒子是诱导其疲劳微裂纹形成的两大因素。通过对电子来焊接接头高周疲劳断裂机制的分析认为:一方面,焊缝柱状晶结合强度低;另一方面,焊缝柱状晶粗大,晶面平直,且分布方向不一,在外加载荷作用下应变不协调,使沿最大切应力方向分布的柱状晶在低循环次数下即沿晶界开裂形成疲劳微裂纹。     

基于Tanaka-Mura模型的电子束焊接头疲劳裂纹萌生模拟

为揭示高温合金电子束焊接头的疲劳特性,对其开展了疲劳裂纹萌生数值模拟研究。考虑焊缝区微观组织特性,对Voronoi图法进行改进,建立了焊缝区包含柱状晶、细等轴晶及粗等轴晶的混合晶区微观组织模型;对ABAQUS进行二次开发,考虑晶粒随机取向,生成晶粒多滑移带模型。基于Tanaka-Mura位错滑移模型,编写了疲劳裂纹萌生算法,考虑晶界处裂纹的连接与合并,对算法进行了改进,并结合有限元计算建立了电子束焊接头疲劳裂纹萌生数值模拟方法。基于上述方法对GH4169电子束焊接头不同载荷大小的疲劳裂纹萌生进行数值模拟,分析了裂纹萌生过程及萌生寿命,并与试验结果进行对比验证;还探讨了不同热影响区晶粒尺寸对焊接接头疲劳裂纹萌生的影响规律。结果表明,电子束焊接头疲劳裂纹均萌生于热影响区,但随着载荷水平的提高,萌生位置向熔合区一侧靠近;当热影响区晶粒尺寸与母材区晶粒尺寸越接近时,接头疲劳寿命越长。     

TC4钛合金电子束焊接焦点动态变化特性研究

为了探索电子束深熔穿透焊接原理,针对20mm厚TC4钛合金中厚板材开展了电子束焊接工艺实验,分析了电子束焊接过程焦点动态变化特性,研究了焊接速度、工作距离对电子束焊接焦点动态变化特性的影响.结果表明,随着焊接速度增加,临界穿透束流增大,焦点动态变化特征曲线上移;随着工作距离的增加,动态焦点逐渐向下移动;保持其他参数恒定,随着聚焦电流增加,电子束焦点动态变化,焊缝形貌由钉形向钟罩形过渡.     

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。     

Research on modeling of heat source for electron beam welding fusion-solidification zone

In this paper, the common heat source model of point and linear heat source in the numerical simulation of electron beam welding (EBW) were summarized and introduced. The combined point-linear heat source model was brought forward and to simulate the welding temperature fields of EBW and predicting the weld shape. The model parameters were put forward and regulated in the combined model, which included the ratio of point heat source to linear heat source Qpr and the distribution of linear heat source Lr. Based on the combined model, the welding temperature fields of EBW were investigated. The results show that the predicted weld shapes are conformable to those of the actual, the temperature fields are reasonable and correct by simulating with combined point-linear heat source model and the typical weld shapes are gained.     

2219 T852过渡环与T87箱筒段电子束焊接接头性能

基于贮箱用2219 T852整体过渡环与T87箱筒段的电子束环焊缝,开展了部段级电子束焊接接头常、低温力学性能测试,同时对焊接接头错缝量、断裂类型及金相组织进行了分析。研究结果表明:部段级常、低温2219 T852与T87电子束焊接接头的强度影响系数为0.63,低温状态下焊接接头的力学性能比室温状态下有所提高;错缝量与焊接接头力学性能成反比,其中对延伸率影响最为显著,低温有助于缓解错缝对焊接接头力学性能的弱化影响;电子束焊接接头组织不均匀性和结构形貌上的不连续性,特别是T852侧热影响区晶粒粗大,导致T852侧热影响区和焊缝接头根部为电子束焊缝的薄弱区域,焊接接头极易在该区域发生断裂。     

TC4钛合金薄板高能束焊接接头疲劳性能研究

对TC4钛合金薄板激光焊和电子束焊接头的疲劳性能进行了试验研究,测试了不同应力水平下的疲劳寿命。采用统计分析的方法研究了TC4钛合金薄板母材及其高能束流焊接接头的中值疲劳寿命。分析了焊接工艺条件对接头疲劳强度的影响。结果表明,在高应力水平时,TC4钛合金高能束流焊接接头的疲劳寿命低于母材的疲劳寿命,在低应力水平时,TC4钛合金高能束流焊接接头的疲劳寿命高于母材的疲劳寿命。     

Microstructures and fatigue properties of electron beam welds with beam oscillation for heavy section TC4-DT alloy

With the development of the manufacturing technology, electron beam welding（EBW） is capable of producing titanium alloy large parts in aero fields. To increase the applications and improve the properties, EBW with beam oscillation was investigated on TC4-DT alloy with50 mm thickness. We detected the welding samples by X-ray NDT, observed the microstructures of the welds, and tested the fatigue properties of the joints. The results showed that EBW with beam oscillation improved the weld morphology as well as welding quality, and the microstructure homogeneity of the welds and HAZ along the weld penetration were also improved. The fatigue properties of the joints with beam oscillation were more excellent than those of conventional EBW, even equal to those of the base metal under high stresses. The influences of the processing and the microstructure on the properties with beam oscillation were discussed.     

TC4-DT材料高压电子束焊接框工艺研究

对TC4-DT材料高压电子束框工艺进行了研究。采用高压电子束焊接技术来实现复杂结构、大厚度难熔金属的热工艺成形,并对工艺、微观形貌、力学性能及微观组织进行系统性的分析。试验结果表明:电子束所形成的焊缝较为平整,成形较窄,拉伸、冲击强度较高,抗拉性能强于母材,但冲击韧性有所下降;焊缝接头网篮组织结构中,焊缝组织不见明显晶界,保证了焊缝组织的连续,且晶粒交错细化。     

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。     

TC4钛合金电子束焊接接头中值疲劳寿命研究

研究了TC4钛合金母材及2种不同焊接工艺电子束焊接接头的拉伸性能和疲劳性能,测试了同一应力水平下的疲劳寿命.疲劳测试试验结果表明:与母材相比,TC4钛合金电子束焊接后拉伸性能提高,延伸率降低.     

钛铝基金属间化合物熔焊工艺性的研究进展

综述了钛铝基金属间化合物(主要是Ti3Al，TiAl)熔焊连接技术的研究现状，主要涉及电子束焊、激光焊和氩弧焊等方法，指出钛铝基金属间化合物的焊接性不存在本质上不可焊的问题。无论采用何种熔焊方法连接此类合金，焊态下焊接接头的组织和性能一般不理想，焊缝和热影响区很容易脆化。控制冷速是成功连接此类材料的关键，同时受该类材料的物理冶金学特点限制，其组织转变动力机制、氢脆、间隙元素的引入对其焊接性的影响尚未引起注意。