辅助冷、热源防止焊缝凝固裂纹的研究

控制焊缝凝固时所受的拉伸应变是防止焊缝凝固裂纹产生的有效方法之一。利用数值模拟和试验研究了施加辅助冷、热源改变焊接温度场，减少焊缝所受的拉伸应变的规律以及施加冷、热源后对焊接接头组织和硬度的影响。研究表明：辅助热源的能量密度及施加位置合适时，可以有效地降低拉伸应变，防止凝固裂纹产生；施加辅助冷源也可以降低焊缝所受的拉伸应变，但效果不如辅助热源显著；在本试验条件下施加辅助冷、热源对焊接接头的组织影响不大，对硬度也无明显的影响。     

焊缝凝固时的应力应变过程分析

本文在二维情况下针对SUS 310S型奥氏体不锈钢焊接接头,利用非线性热弹塑性有限元分析方法建立了焊缝在凝固时所受应力应变的计算模型。计算结果表明:焊缝金属在凝固过程中受到横向拉伸应变的作用;起始端部所受的应变较大;离端部一定距离后的焊缝所受的应变基本上相同;焊缝金属凝固结束时受到的拉伸应变约为0.4％。     

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.     

TC4钛合金薄板多束流电子束焊接变形控制研究

采用电子束高频偏转扫描技术实现了多束流电子束焊接,在焊接的同时增加两个辅助电子束热源进行TC4钛合金薄板的焊后缓冷,利用辅助热源在焊缝两侧产生的热应力来改变焊件的应力分布,达到减小焊后应力、控制焊接变形的目的。重点研究了辅助热源位置和能量分配等工艺参数对焊接变形的影响。试验结果表明,采用辅助热源进行焊后缓冷可以有效减小焊接变形,当D=5mm,H=10mm,电子束束流为9.3m A,能量分配为16.25%时,1mm厚的TC4钛合金薄板焊接变形最小。     

能场辅助激光焊接焊缝成形及缺陷控制综述

激光焊接是一种能量密度高、热影响区窄、工件变形小的高效焊接方法,但单激光焊接仍存在很多的问题,如冷却速度较快,易产生裂纹、气孔等缺陷。加入合适的气场或采用摆动激光可有效抑制飞溅和气孔等缺陷;采用电弧辅助激光焊接可有效提高焊接过程稳定性,减少接头缺陷;通过超声波场、磁场、电场辅助激光焊接能够细化晶粒、降低元素偏析和裂纹敏感性,提升接头性能。分别从工艺优化、加入辅助热源、加入辅助能场3个角度对激光焊接研究现状进行了总结;最后对目前能场辅助激光焊接研究中存在的问题进行分析,并对其发展前景进行展望。     

铬镍不锈钢与碳钢焊接裂纹的治理

针对铬镍奥氏体不锈钢与碳钢焊接时容易产生裂纹的特点，在实际工作中，选用合理的接头形式、焊接材料、焊接方法和焊接工艺等措施，使基体金属的稀释率减少到最低限度，获得奥氏体加铁素体的双相焊缝组织，便可防止焊接裂纹的产生，获得稳定可靠的焊接质量。     

TC4钛合金薄板多束流电子束焊接变形控制研究

采用电子束高频偏转扫描技术实现了多束流电子束焊接,在焊接的同时增加两个辅助电子束热源进行TC4钛合金薄板的焊后缓冷,利用辅助热源在焊缝两侧产生的热应力来改变焊件的应力分布,达到减小焊后应力、控制焊接变形的目的。重点研究了辅助热源位置和能量分配等工艺参数对焊接变形的影响。实验结果表明,采用辅助热源进行焊后缓冷可以有效减小焊接变形,当D=5mm,H=10mm,电子束束流为9.3m A,能量分配为16.25%时,1mm厚的TC4钛合金薄板焊接变形最小。     

热源与热沉的距离对焊接接头应变影响研究

热源与热沉的距离D是动态控制低应力无变形焊接技术的关键参数之一。采用有限元技术开展了热源与热沉中心的距离对焊接接头应变影响的研究。研究发现:冷却介质的急冷作用使得热源与热沉之间的温度陡降,温度梯度变大,热沉作用处成为焊缝中心线上温度最低的位置;不同的D值引起的焊缝中心点的温度历史不同,塑性应变的历史不同,残余态结果也不同。热源与热沉之间距离越近,拉伸作用越强。热源与热沉中心的距离较近时,可以产生大于加热阶段形成的压缩塑性应变的拉伸塑性应变,从而不仅补偿加热时产生的缩短应变,而且还使焊缝中存在拉伸塑性应变。     

铝锂合金焊丝合金系统研究

从降低焊缝热裂纹敏感性及提高接头强度系数两个方面出发，研制出新型铝锂合金ＴＩＧ焊焊丝合金，探讨了合金元素锂、镁、锆和铈等对８０９０铝锂合金焊缝凝固组织形态的影响及其与焊缝热裂倾向和接头机械性能的关系。     

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。     

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。     

电子束焊接线能量对Ti-24Al-15Nb-1Mo合金接头组织性能的影响

研究了电子束焊接不同线能量对合金接头组织、性能的影响机理,确定了具有比较满意的塑性和韧性的接头性能的电子束工艺参数选择窗口.结果表明,焊态下焊缝组织为残留β/B2相和包括次生α2相、O相以及ω相在内的β转变组织;焊接线能量增加,焊缝晶粒粗化, B2相的减少、初生α2的消失和ω相的产生以及β转变组织中次生的α2/O相集束增大并促进裂纹扩展是接头强度降低和脆变的主要原因.     

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。     

D406A钢A-TIG的焊接性试验

针对6.5 mm厚D406A超高强度钢采用活化剂进行A-TIG焊接试验研究,对焊缝外观成型、焊缝熔深、接头显微组织以及接头力学性能进行综合分析,研究了活化剂涂敷量和焊接工艺参数（焊接电流、焊接电压、焊接速度）对A-TIG焊缝熔深和熔宽的影响。结果表明,在相同焊接参数下,使用活化剂可使焊缝熔深比常规TIG焊增加一倍以上,焊缝成型良好。活化剂的涂敷存在最佳的涂敷量,焊接电流、焊接电压和焊接速度等焊接参数的变化,对焊缝熔深和深宽比的变化产生不同影响。     

稀土对GH4169激光微焊接接头组织性能的影响

通过添加稀土元素Ce对0.2mm厚的GH4169高温合金进行微激光对接焊接,利用光学显微镜、扫描电镜、电子精密拉伸仪测试等分析方法,对比研究稀土元素对焊缝表面成形、接头显微组织及力学性能的影响。结果表明：在添加稀土元素的条件下焊接时,对焊接工艺参数进行正交试验优化,得出焊接最优工艺参数为脉冲功率17%、脉冲频率4.0Hz、脉冲宽度3.1 ms,此时焊接接头断裂在母材。焊接过程中,液态金属流动使稀土在熔池中均匀混合,获得了组织均匀的焊缝。稀土元素能够改变焊缝温度梯度,形成“梯形”状焊缝;同时,稀土元素能够降低接头的显微硬度,增强接头的韧性和塑性。     

D6AC钢用高韧性焊丝的研制

焊接接头冷裂纹是超高强钢应用中的关键。解决冷裂纹的途径是:1,提高焊缝性能,特别是断裂韧性和抗应力腐蚀性能;2,控制扩散氢含量;3,减小拘束应力。我们研制了 D6AC 钢焊接用高韧性焊丝,焊接接头的强度(σ_b),断裂韧性(K_(IC)),及焊缝的抗应力腐蚀性 (K_(ISCC)) 与基体相等,故又名“三等”焊丝。在此基础上配合控制其他工艺条件,解决了 D6AC 钢的焊接冷裂纹问题。300毫米模拟件试验成功,证明了“三等”焊丝的应用可靠性。     

C300 穿孔型等离子弧焊接焊缝结晶裂纹的研究

采用光学显微镜、扫描电子显微镜以及Thermal-calc 计算等方法分析了马氏体时效钢(C300) 穿
孔型等离子弧焊接(Keyhole-Plasma Arc Welding, K-PAW)过程中结晶裂纹的成因及形貌。研究认为,C300 虽
然具有良好的焊接性,但也会产生结晶裂纹。本试验条件下,影响高纯净C300 产生结晶裂纹的主要因素是应
变—温度增长速率,提高预热温度和增加线能量有利于降低结晶裂纹倾向。焊接热源对母材的预热作用有利
于已形成结晶裂纹的逐步止裂。具有凸形表面的焊缝以及细小等轴晶的焊缝的结晶裂纹倾向较小。     

TC17钛合金焊接接头组织与力学性能分析

对TC17钛合金薄板采用氩弧焊和电子束焊两种焊接方法焊接,进行了拉伸试验,结合拉伸试验结果与断口形貌,对比分析了力学性能与焊接接头组织之间的联系。研究结果表明,TC17钛合金在经历TIG焊接热循环后,焊缝及靠近焊缝的热影响区晶粒粗化,电子束焊接头热影响区较窄且没有粗晶区形成;两种焊接试样抗拉强度均与母材等强;相对延伸率有所降低,主要是热影响区及焊缝的组织变化所致;氩弧焊焊缝组织较不均匀性更为显著。     

Ti_2AlNb合金电子束焊接接头的残余应力与再热裂纹

利用数值分析和试验测量方法研究了不同板厚和不同形状Ti_2AlNb合金电子束焊接接头的焊接应力,分析了再热裂纹的产生特点和焊后热处理过程中的组织演变,讨论了再热裂纹产生的原因。结果表明,电子束焊缝中心部位承受3向拉应力,纵向残余拉伸应力最大,超过1100MPa;横向拉伸应力较小;板较薄时厚度方向残余拉伸应力也较小,但当焊接厚板时焊缝中心厚度方向的残余拉伸应力也很大,深窄焊缝中可达1000MPa。同样板厚条件下,环形焊缝与直线焊缝相比,周向拉伸应力略小于纵向应力,但径向拉伸应力远大于横向应力,尤其是环的直径较小时。再热裂纹的产生与再热过程中晶界析出物及较高的拉伸应力有关,在加热速度低于一定值,加热到700℃左右时,裂纹沿晶界析出层与基体之间的界面产生与扩展。     

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。