轻合金T型结构双激光束双侧同步焊接技术研究进展

轻合金双激光束双侧同步焊接(Double Laser-Beam Bilateral Synchronous Welding,DLBSW)技术是一项极具应用前景与发展潜力的先进技术,对实现航空航天壁板结构的轻量化与高效率制造具有重要意义。然而,由于轻合金本身的材料特性与DLBSW技术的特殊性,轻合金T型结构DLBSW技术仍然存在诸多细节问题有待深入探索。分析了轻合金T型结构DLBSW技术的焊接冶金特点与稳定性,重点研究了DLBSW接头中焊接缺陷的形成机理与抑制措施,考察了T型接头的力学性能与断裂机理。此外,探讨了轻合金T型结构DLBSW过程数值模拟研究的重要意义。     

一种铝锂合金搅拌摩擦焊接头力学性能及微观组织研究

研究了C24S-T8铝锂合金搅拌摩擦焊接头力学性能及微观组织。通过焊接工艺参数的优化,获得了无孔洞缺陷、焊缝质量优异的接头,强度系数约82%。拉伸时塑性变形及断裂集中于焊缝处。基材晶粒呈薄饼状,沿轧制方向拉长;焊核区为细小等轴的再结晶晶粒,平均晶粒尺寸约2.3μm,大部分晶界是大于15°的大角度晶界;热机影响区的晶粒在焊接过程中发生了偏转和变形。C24S-T8铝锂合金基材强化相包括T1相(Al2CuLi)、θ’相(Al2Cu)和S’相(Al2CuMg);热机影响区及焊核区内强化相完全溶解,造成硬度下降。     

一种新型超高强铝锂合金薄板的时效行为与微观组织

为优化一种新型超高强Al-Cu-Li-X合金2 mm厚度薄板的热处理工艺,本文研究了其不同时效条件下的力学性能和微观组织。结果表明:预变形为6%时,T8态长时间(20~120 h)时效时可保持600MPa以上的抗拉强度。T8态时效时合金强化相为大量T1相(Al_2Cu Li)和部分θ'相(Al_2Cu),T6态时效时还可析出极少量S'相(Al_2CuMg)。预变形可促进T1相细小弥散析出,但抑制θ'相及S'相的析出。6%以下预变形可有效提高合金T8态时效的强度。6%以上预变形量的T8态时效合金中T1相密度明显增加,尺寸显著降低,θ'相减少,但相应合金抗拉强度的增量很小,而延伸率急剧下降;过大预变形(15%)则导致θ'相消失。     

1420铝锂合金EBW接头显微组织分析

通过对１４２０铝锂合金电子束焊接（ＥＢＷ）接头进行焊缝组织分析,期望得到在现行的焊接工艺条件之下国产１４２０铝锂合金与相同牌号进口材料的焊缝组织及焊接缺陷等规律,用以指导工业生产。     

1420铝锂合金电子束焊接接头力学性能

主要介绍了１４２０铝锂合金电子束焊接接头的拉伸性能,并分析了焊接接头的断裂行为以及不同的热处理状态对其性能的影响。     

铝合金T型接头双激光束焊接断裂行为研究

为推动双光束激光焊接在国产大型客机机身壁板上的应用,系统研究了6000系列铝合金T型接头CO2激光焊接试验件的断裂行为。试验表明:在横向拉伸、纵向拉伸和剪切这3种检测方式下,T型接头的起裂位置均为焊趾处,裂纹沿着下熔合线扩展,下熔合线区为T型焊接接头的薄弱区。     

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。     

异种高强铝合金间搅拌摩擦焊接头组织与性能研究

通过搅拌摩擦焊接技术成功连接了两种应用于航天工业的铝合金2195-T8和2219-T87。实验中固定焊接转速,研究了焊缝组织和力学性能随焊接走速的变化关系,发现焊核区上部异种材料间有明显界面,且该界面形貌受焊接走速影响剧烈。同时在焊接速度较高时,发现一种新的搅拌摩擦焊接接头的断裂模式。此种断裂模式与焊核区上部形成的异种材料间界面形貌和冶金结合强度有关。本文探讨了其产生原因及其对接头力学性能的影响。     

Cu、Li 含量对Mg、Ag、Zn 复合微合金化铝锂合金力学性能及微观组织的影响

通过18个不同Cu(3.24%~4.16%)、Li(0.94%~1.44%)含量的0.4Mg+0.4Ag+0.4Zn复合微合金化Al-Cu-Li合金,研究总结了T8时效处理时Cu含量及Li含量对铝锂合金强度和微观组织的影响,并采用合金中非固溶Cu、Li原子总分数及Cu/Li原子分数比例阐明了强度及微观组织的影响规律及机理。结果表明:合金中时效强化相包括T1相(Al2Cu Li)、θ'相(Al2Cu)和δ'相(Al3Li)。Cu、Li原子总分数及其比例增加,合金中时效强化相总量及T1相比例大,合金强度较高。而Cu/Li原子分数比例较低,δ'相比例增加,T1相比例下降,合金强度降低。     

铝锂合金搅拌摩擦焊搭接接头组织及力学性能

采用搅拌摩擦焊对2mm厚不同铝锂合金进行搭接,并对接头的组织和力学性能进行分析。同时研究了焊接工艺参数、热处理状态对接头性能的影响。研究表明:搭接接头焊核区呈"洋葱环"结构,由细小的等轴晶组织构成;前进侧搭接界面有"钩状"缺陷,对接头力学性能产生不良影响。搭接接头的塑性较差,伸长率仅有3.18%,不及母材伸长率的25%;当转速为800r/min、焊速为200mm/min时,接头的强塑性最佳,抗拉强度达到467MPa(母材的94%);热处理对搅拌摩擦焊焊接头力学性能影响显著,经过人工时效后,接头强度提高了13%～18%,抗拉强度最高达到526MPa,伸长率都有所下降。断口形貌分析表明:接头拉伸断裂是从前进侧的"钩状"缺陷起裂;接头拉伸断口为准解理和韧窝断裂的复合断口。     

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。     

铝合金变极性TIG焊工艺参数对焊缝成形的影响

研究了5A06铝合金变极性TIG焊接参数对焊缝成形的影响,研究表明:DCEP半波电流值增大和DCEN半波所占比例的减小一方面会使得清理作用的宽度增大,同时也使得熔宽和熔深都有所增加;阴极清理作用一定的情况下,DCEN半波电流值越大,熔宽和熔深越大;随着频率的增加,熔宽更小,熔深更大.阴极清理作用也与频率有关系,频率越大,阴极清理作用越差.     

大厚度铝合金飞行器结构的焊接

介绍了采用熔化极脉冲氦弧焊工艺焊接大厚度铝合金燃料箱的优越性。     

钛合金激光焊接研究

试验研究了2.5 mm厚BT20钛合金激光穿透焊的激光功率-焊接速度匹配曲线,并以焊缝熔宽比为参量研究了主要工艺参数对焊缝成形的影响,同时对比研究了CO2激光和YAG激光穿透焊焊缝成形的差异.结果表明,随激光功率的提高,获得成形优良的全熔透焊缝的焊接速度范围扩大,焊接线能量降低.与CO2激光焊相比,YAG激光焊具有更宽的焊接速度范围,且可以采用更高的焊接速度和更低的焊接线能量.激光功率、焊接速度和离焦量等工艺参数对焊缝熔宽比具有重要的影响.在同样的焊接规范条件下,YAG激光焊缝具有比CO2激光焊缝更大的熔宽比.     

等离子弧焊接过程中激光焊缝跟踪传感技术研究

为了降低等离子弧焊接过程中弧光对激光焊缝跟踪传感器的干扰,设计了一种专用的带通滤光片.初步试验表明,采用该滤光片后可以有效减少弧光对激光焊缝跟踪传感器的影响,获得较清晰的跟踪点图像.     

钛合金薄板激光焊缝成形机理

在2.5 mm厚BT20钛合金激光焊焊缝成形特征的试验观察基础上,分析研究了薄板钛合金激光焊的焊缝成形机理.研究表明,不同的激光模式,不同的焊接工艺,薄板钛合金激光焊的焊缝可出现半圆形、钉头形和沙漏形或近X形焊缝3类特征.这些成形特征取决于激光功率密度和线能量两个阈值.对于3种焊缝成形,激光焊可简化为热导焊、未熔透深熔焊和全熔透穿孔焊3种模式.     

铝合金ZL114A的激光焊接工艺

主要研究了铝合金ZL114A的激光焊接工艺特性.首先对其可焊性进行了摸索,然后探讨了激光焊接工艺参数对焊缝熔深、焊缝宽度以及接头组织和力学性能的影响.结果表明,选择适当的激光焊接工艺参数,如：激光功率、焊接速度、离焦量、保护气体流量等,可以获得高质量的焊缝.组织观察发现,焊缝组织致密、晶粒细小,接头强度可以满足使用要求.     

填充焊丝对6061铝合金激光焊缝成形的影响

采用ER5356焊丝研究了光丝间距对焊丝进入熔池的熔滴过渡方式的影响,对比分析了送丝速度、焊丝成分对焊缝成形的影响规律.结果表明:不同范围内的光丝间距,导致焊接过程中的熔滴过渡方式不同;相对于颗粒过渡,表面张力过渡方式更有利于获得较好的焊缝成形;送丝速度对焊缝熔宽的影响不大,但对焊缝正面余高和背面下塌量的影响较为显著;相对于ER4043焊丝,ER5356焊丝更适于6061铝合金的激光填丝焊接.     

7050铝合金搅拌摩擦焊接头组织特征研究

针对7050铝合金搅拌摩擦焊接头,给出各组织特征区的定义,并对各特征区的组织状态、晶粒大小、沉淀强化相分布等进行深入的分析。为同材质的铝合金搅拌摩擦焊接头的综合性能评估提供更好的依据。