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。     

铝锂合金激光焊接接头组织与缺陷研究进展

随着对飞行器性能的要求日趋提高,结构减重成为航空航天制造中的重要任务。铝锂合金由于其轻质高强等优良性能,被认为是极具发展前景与优势的航空航天轻质结构材料。同时,激光焊接技术被认为是最为有效的铝锂合金连接方式之一。但是,由于合金的特性及飞行器制造产业的要求,铝锂合金激光焊接技术仍存在诸多难点,介绍了铝锂合金激光焊焊缝特殊微观组织及常见焊接缺陷,重点讨论了等轴细晶区(EQZ)、焊接气孔、焊接裂纹及接头软化缺陷的形成机理及抑制措施。     

大功率YAG激光器及其在航空制造中的应用

高能束流加工技术国防科技重点实验室于 2 0 0 2年引进了英国GSILumonics公司制造的AM 35 6型YAG激光器 ,最大输出功率可达 4 .5kW ,采用三级振荡加三级放大的结构 ,随激光器引进的还有ABB的机器人。该设备将主要用于复杂结构的空间焊接 ,特别是通过分光技术 ,采用双光束激光焊接技术 ,进行飞机壁板的制造技术的研究。所谓双光束焊接技术 ,是指两束激光进行复合使用 ,它可以增大熔深 ,改善焊缝成形 ,减少裂纹、气孔、咬边等焊接缺陷 ,尤其是在飞机制造中对大型壁板进行焊接时 ,可采用两个机器人各自带动一束YAG激光从T型接头的两边同…     

NiTiNb/TC4异种材料激光微焊接头裂纹研究

NiTiNb/TC4异种材料激光焊时,焊接接头的裂纹敏感性很强,在较小激光功率时,焊缝就出现了裂纹,通过改变激光功率无法消除接头裂纹。通过填加Ti丝来调节接头中Ti的含量来减小Ti2Ni的生成,从而控制接头裂纹的生成。研究表明,当加入Ti丝后,在不同激光功率下,接头成形良好,焊缝中存在微细裂纹;在NiTiNb侧存在宽10μm的Ti2Ni过渡区,TC4侧结合良好;当激光频率为3Hz、激光脉宽为4.5ms、激光平均功率为13.6W时,接头最大抗拉强度达447MPa。     

扫描振镜激光TC4钛合金焊接性能及熔池流动行为

钛合金广泛应用于飞行器及航空航天发动机，激光焊是连接钛合金的优异焊接方法，目前主要问题是气孔导致的接头性能降低。扫描激光能显著改善激光焊接过程中的匙孔行为及熔池流动状态，从而降低气孔率、细化晶粒，最终提高接头性能。采用光纤激光器对4 mm厚TC4钛合金进行扫描振镜激光焊接，对比分析了以0.4 mm为步长、0.4～1.6 mm扫描幅度扫描前后的焊缝成形、力学性能、晶粒细化程度、熔池流动与匙孔行为。结果表明圆形扫描路径下，激光功率为4 kW、焊接速度为1.2 m/min、离焦量为0、扫描频率为100 Hz、扫描幅度为0.8 mm时，匙孔型气孔受显著抑制，且对应的接头抗拉强度最高，为1 025.03 MPa,达到了母材的96%。与无扫描光束相比较，扫描幅度为0.8 mm的接头上部平均晶粒面积减小了65%;圆形扫描的加入使熔池流动具有方向性，同时扫描激光能扩大并稳定匙孔，减少飞溅与气孔。     

氩弧焊接接头疲劳寿命预测

对TA15钛合金板材进行氩弧焊对接焊后,加工成光滑疲劳试件进行R=0.5,0.06的高周疲劳SN曲线测试。试验后对试样断口进行扫描电镜(SEM)分析发现,疲劳源大多位于焊接区域的气孔或夹杂等焊接缺陷处。以焊接处微观结构缺陷尺寸作为初始裂纹尺寸,采用基于裂纹闭合的全寿命预测模型,以焊接区域不同位置的长裂纹扩展速率曲线作为基线,利用J.C.Newman的FASTRANII软件对焊接接头试件的疲劳寿命进行预测,发现采用焊缝边缘处的长裂纹扩展曲线预测结果与试验结果吻合较好。     

气孔缺陷对TA15 钛合金氩弧焊接头疲劳性能的影响

对TA15钛合金氩弧焊接接头的组织和疲劳断裂特征进行了分析,对气孔缺陷和疲劳寿命的关系进行了定量表征.结果表明:疲劳裂纹起源于焊缝的亚表面或者内部气孔缺陷,当气孔尺寸较小时,断口会出现“鱼眼”形貌特征;应力水平较低时,气孔尺寸对疲劳寿命的影响尤为显著,在特定的应力水平下,可以通过构件中的气孔缺陷尺寸来预测其寿命,对于焊接结构疲劳寿命的预测和构件焊接质量的评定具有重要的工程意义.     

2195铝锂合金钨极氩弧焊接工艺研究

针对2195铝锂合金在焊接时裂纹敏感性高、气孔敏感性高、易氧化等问题，开展氩弧焊接工艺研究，对焊接头的抗裂性、力学性能及显微组织进行了分析。研究表明，提高焊缝金属中的Cu含量，可以有效降低2195铝锂合金熔焊接头的裂纹敏感性，裂纹率K₁=0%,K₂=0%。2195铝锂合金单面双层焊接接头力学性能最佳，抗拉强度超过376 MPa，延伸率达到5.5%。提高焊接试板的清理深度可以解决焊接气孔敏感性高的问题，增加氩气拖后保护及背保护措施可以有效防止焊接氧化问题。熔焊工艺研究可为2195铝锂合金的工程应用提供技术支撑。     

5083铝合金摆动激光电弧复合焊工艺研究

为了减少铝合金激光焊接内部气孔,提升焊缝质量,采用摆动的光纤激光对6mm-5083铝合金锁底对接接头进行摆动激光-MIG复合焊接。研究了摆动激光束的频率、振幅对焊缝内部气孔数量和熔深的影响,并采用正交试验研究了激光功率、焊接速度、焊接电流、摆动频率对焊缝内部质量的影响,获取了最优参数,进而分析了最优参数下焊缝的微观组织及力学性能。试验结果表明,激光束摆动频率及振幅的提升均有助于消除气孔缺欠,各因素对气孔率的影响大小依次为光束摆动频率、焊接电流、焊接速度、激光功率,当采用功率6400W、焊接电流136A、焊接速度28mm/s、摆动频率240Hz、摆动振幅1 5mm的参数焊接6mm-5083铝合金时,焊缝内部无明显气孔,接头平均硬度为70.4HV,焊缝强度278MPa,达到母材91.9%。     

钛合金焊接的常见缺陷及其预防

钛和钛合金的突出优点是比强度高、中温性能和耐腐蚀性好。从 60年代起 ,钛合金即开始用于飞机结构 ,到 80年代 ,军用飞机的钛用量已占飞机结构重量的 2 0 %～ 2 5% ,这种趋势还将继续发展。我国制造的军用飞机也已经采用了钛合金 ,钛合金焊接可能产生的缺陷及其预防亦日益受到重视。1　钛合金焊接常见缺陷的成因钛有 2种晶格结构 :882℃以下为密排六方晶格结构 ,称为α钛 ;882℃以上为体心立方晶格结构 ,称为β钛。钛合金焊接的常见缺陷主要有 3种 :焊接接头脆化 ;焊接接头裂纹 ;焊接接头中的气孔。1 1　气体等杂质污染引起的焊接接头脆化…     

激光喷丸对7075铝合金搅拌摩擦焊接头的影响

以7075铝合金试样的搅拌摩擦焊接头为对象,利用激光喷丸和常规喷丸工艺对其进行后续处理,通过试验对比分析了激光喷丸工艺对表面粗糙度、显微硬度、接头残余应力、裂纹扩展、疲劳寿命的影响。结果表明,经激光喷丸处理的搅拌摩擦焊接头的表面粗糙度远小于常规喷丸处理的接头表面,而对接头显微硬度的影响差异不大。激光喷丸可改变接头的残余应力分布,是增强搅拌摩擦焊接头抗疲劳性的有效方法,对其他焊接接头及构件的激光喷丸处理具有一定的参考价值。     

2219铝合金复合超音频脉冲VPTIG焊接工艺

分别采用常规VPTIG和超快变换复合超音频脉冲VPTIG焊接工艺对2219-T87高强铝合金进行焊接,通过X射线探伤、金相分析、接头力学性能测试等方法对焊接质量进行对比分析。结果表明,复合超音频脉冲VPTIG焊接工艺可有效减少甚至消除高强铝合金焊缝气孔缺陷,细化焊缝组织,显著改善和提高焊接接头性能。与常规VPTIG焊接工艺相比,在脉冲电流频率40kHz、占空比20%、脉冲电流幅值100A条件下,2219-T87焊接接头抗拉强度和断后伸长率分别提高约32%和138%。     

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.     

低密度铌合金与铌铪合金电子束焊接性能分析北大核心CSCD

低密度铌合金与铌铪合金由于物理性能差异性较大,采用常规电子束方法焊接时,易产生焊接缺陷。为进一步探究低密度铌合金与铌铪合金焊接的可行性,通过数值模拟与工艺试验两种方法对其焊接接头的性能进行了系统研究。首先建立了异种材料有限元模型,对接头的温度场规律进行了分析;然后,采用真空电子束焊接的方法进行试验研究,从宏观形貌、力学性能、微观组织及元素分布等方面分析了接头性能。结果表明:采用电子束偏置铌铪侧焊接的方式,可获得无裂纹、无气孔,具有良好拉伸强度的低密度铌合金与铌铪合金接头。     

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。     

激光冲击强化7075铝合金熔焊接头的疲劳性能

激光冲击强化（LSP）技术具有残余压应力场深、冷作硬化程度低和强化区域可控等优点,在焊接结构表面改性方面应用前景广阔。对2 mm厚度的7075-T6铝合金激光-电弧复合焊接接头实施了激光冲击强化处理,对比分析了强化前后接头的硬度、残余应力、疲劳寿命以及疲劳裂纹形核机制。结果表明,焊缝中心的最高硬度由强化前的152 HV提高到强化后的175 HV,有效强化层深度约为100 μm;经激光冲击强化后,焊缝区呈现残余压缩应力,最大残余压应力为-200 MPa;9组焊接接头试样的平均疲劳寿命为675 937周,约为强化前疲劳寿命（262 297周）的2.6倍;疲劳裂纹萌生位置从具有高度应力集中的表面缺陷转移至强化层以下的亚表面,进而有效地提高了疲劳裂纹的形核寿命。     

焊接工艺方法对6061-T6铝合金焊接接头疲劳性能的影响

通过对6061铝合金MIG焊接头和TIG焊接头在对应的加载应力条件下疲劳寿命的测定,对比分析了两种工艺方法对铝合金焊接接头疲劳性能的影响。结果表明,在加载应力低于焊接接头静载力学性能的90%时,焊接接头的疲劳寿命均能满足需求背景的需要(100000次不破坏)。同样载荷条件下,MIG焊接头的疲劳性能优于TIG焊接头,尤其是在高应力条件下,MIG焊接头的优势更为明显。焊接接头显微组织分析表明,MIG焊接头比TIG焊接头具有更为细小的晶粒和焊接热影响区,有效地提高了接头的滑移形变抗力,抑制了循环滑移带的形成和开裂,从而提高接头的疲劳性能。疲劳断口分析显示,试件的表面缺陷(疏松、气孔、夹杂等)及机械损伤是疲劳裂纹主要的策源地。     

AZ31B变形镁合金激光-MIG复合焊焊接组织和性能分析

采用激光-MIC复合焊对10mm厚的AZ31B变形镁合金进行焊接.利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等手段分析了焊接接头的外观和截面特征、显微组织、元素分布、焊缝物相和断口形貌等,并检测了接头区域硬度和接头强度.试验结果表明:采用激光-MIG复合焊能获得成形美观的焊缝,无明显的缺陷;焊缝热影响最大宽度位于激光区,约为100μm,焊缝组织为15～25μm的等轴晶粒;相比于母材,焊缝区的镁元素出现烧损,铝和锰元素的比例有一定增加;焊缝区主要为Mg,Al和少量的MgO相.焊接接头硬度值较均匀;焊缝抗拉强度达到222MPa,断口形貌为混合断裂断口.     

铍的激光深熔焊工艺及显微组织

为了提高铍激光焊接的熔深,对其焊接工艺进行了探索.以Nd:YAG激光作为热源,用AlSi12为钎料.采用SEM、EDS分析等手段研究了接头的显微组织、成分分布,分析了铍激光深熔焊的裂纹产生机理.研究表明:通过优化焊接工艺参数,实现铍的激光深熔焊可能性较大.     

活性焊剂和热处理对TC17钛合金TIG焊接头组织和性能的影响分析

为了探明焊后热处理过程和焊前涂覆活性剂对TC17钛合金TIG焊接接头性能的影响,对不同状态的焊接接头进行了拉伸试验和硬度测试,并采用光学显微镜和扫描电镜观察焊接接头组织和拉伸断口形貌。结果表明,焊前涂覆活性剂可以有效防止焊缝出现气孔缺陷,降低焊接热输入,减少热影响区晶粒粗化倾向,同时减少焊接热影响区晶粒在宽度方向的不均匀性。焊后热处理使焊接接头Sn、Zr等元素扩散均匀,接头组织得到显著强化。对TC17板材,焊前涂覆活性剂,并且进行焊后热处理,可以获得良好的接头组织和性能。