轻金属材料结构制造中的搅拌摩擦焊技术与焊接变形控制(上)

该文讨论了工程实践中两个方面的问题。一方面,介绍了搅拌摩擦焊(FrictionStirWelding,FSW)的国内外发展现状。该技术在铝合金结构制造中已成为可以替代熔焊技术的实用的工业化固相连接技术。另一方面,还论述了我国拥有自主知识产权的创新性的技术——低应力无变形(LowStressNoDistortion-LSNDWelding)焊接法的机理和工程应用。该方法采用热拉伸效应(全截面热拉伸、局域热拉伸)主动控制铝合金、钛合金飞行器薄壁结构焊接失稳翘曲变形,可达到焊后无变形的目标。     

C/SiC复合材料在典型模拟环境下高温拉伸性能研究

以先驱体浸渍裂解（PIP）工艺制备的C/SiC复合材料为对象，研究了C/SiC复合材料在典型模拟环境下的高温拉伸性能，首次获得了约3 000 s时间不同变状态条件下材料的高温拉伸性能数据，探讨了不同条件下C/SiC复合材料高温承载行为及其变化规律。研究结果表明，C/SiC复合材料经历约3 000 s复杂阶梯热环境后拉伸强度仍保持60%左右；经历大温度梯度热震后，C/SiC复合材料的高温拉伸性能保持率反而提高，最高保持率超过80%；热震温差越大，热震后保温时间越长，对材料的高温拉伸性能保持和提高越有利。     

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。     

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。     

AZ31B镁合金TIG焊接头的热碾压力学改性实验研究

为探索镁合金焊接接头的力学性能改性方法,以母材金属同材质丝材为填充材料,对AZ31B板材进行TIG对接焊,然后在高温拉伸试验机上将对接取样用专门制作的陶瓷电加热装置加热至350℃进行接头区域热碾压试验。将焊态及经热碾压的对接焊取样加工成拉伸试样测试其常温力学性能,同时对焊接接头进行金相分析,借助扫描电镜及其附带能谱仪对拉伸断口作微观形貌和微区成分分析。结果表明,经热碾压后,TIG焊接头的抗拉强度可达到母材金属的90%,伸长率也有明显的改善;热碾压可有效改变β-Mg17Al12析出相在焊缝α-Mg基体组织晶界的连续网状分布态,使其重新固溶后在晶内以弥散质点态析出进而造成弥散强化效应;同时热碾压又能促使铸态焊缝发生动态再结晶从而使微观组织得以重构及细化。     

热模拟技术在研究焊接热裂纹方面的应用

一、概述在第二次世界大战期间,美国将焊接生产技术引入了造船工业,同时也带来了大量船体结构的脆性断裂。此后,世界各国相继发生了许多大型焊接结构的断裂事故。由于这些事故造成了巨大损失,促进了焊接工作者对形成焊接接头冶金过程及其对结构使用性能影响的深入研究。焊接是一种特殊的冶金再熔炼过程,由于焊接热源作用的集中性和瞬时性,使得在体积不大的焊接区内经历了几乎所有的冶金反应,致使整个焊缝及热影响区内存在着很大的     

30CrMnSiA钢轴类结构的电子束焊接工艺及力学性能研究

30CrMnSiA钢有较好的力学性能和焊接性能,是常见的航空用材。本课题选取了30CrMnSiA厚板材和管材进行电子束焊接,研究了12mm和16mm锁底焊接的电子束焊接工艺及电子束焊接接头的拉伸性能,并分析了焊接接头的断裂情况。     

30CrMnSiA钢轴类结构的电子束焊接工艺及力学性能研究

30CrMnSiA钢有较好的力学性能和焊接性能,是常见的航空用材.本课题选取了30CrMnSiA 厚板材和管材进行电子束焊接,研究了12mm和16mm锁底焊接的电子束焊接工艺度电子束焊接接头的拉伸性能,并分析了焊接接头的断裂情况.     

轻金属材料结构制造中的搅拌摩擦焊技术与焊接变形控制（下）

五、轻金属结构制造中的焊接变形控制在轻金属薄壁结构的焊接制造中,板壳构件失稳翘曲变形比其他形式的焊接变形更为严重。尤其是飞行器结构一般多选用厚度不大于4m m的金属板材,如带筋壁板、燃料贮箱等。如图14所示,当板件的厚度小于4m m时,则焊接残余应力所引发的失稳翘曲变形必然会突现,这是因为板件失稳翘曲的临界压应力值陡然降低的结果。北京航空制造工程研究所近20年来着手研究开发了轻金属板壳结构的低应力无变形焊接方法熏其机理属于在焊接过程中主动控制热应变的产生和发展,用预置温度场的全截面热拉伸效应或是用热源-热沉的局域…     

低膨胀高温合金焊接性的研究现状

从焊接热裂纹的形成机理、影响因素及防止措施等多个方面系统地介绍了低膨胀高温合金焊接性的研究现状,并指出将焊接性试验、微观组织分析和数值模拟相结合,才能从冶金和力学两方面更清楚地揭示低膨胀高温合金焊接裂纹的形成机理及各种因素的影响,为最终制定合理的焊接工艺并有效防止焊接裂纹提供理论上的指导。     

工艺制度对粉末TA15钛合金组织性能的影响

文摘研究不同保温时间和制粉方法对热等静压TA15钛合金的微观组织、拉伸性能和拉伸断口形貌的影响。结果表明:粉末TA15钛合金组织由等轴α-Ti、层状α-Ti和少量β-Ti组成。热等静压保温时间为20min时粉末TA15钛合金已达到致密,随着保温时间延长到120 min组织逐渐均匀长大。采用等离子旋转电极法的粉末TA15钛合金的拉伸性能优于惰性气体雾化粉末TA15钛合金。拉伸断裂模式为韧性断裂,断口微观形貌为韧窝。     

TA12钛合金电子束焊接的显微组织和力学性能

采用电子束焊接对10mm TA12钛合金进行了焊接,焊缝表面形成良好.对TA12钛合金电子束焊接试样进行了金相分析和静力试验、冲击试验和扫描电镜(SEM)分析.结果表明,焊接接头熔合区、热影响区和母材区的微观组织差别明显;随着等轴α相体积分数的减少,接头塑性和冲击韧性值降低,但是拉伸强度变化不大.     

Ti/Al无针搅拌摩擦搭接点焊接头组织特征

采用无针搅拌摩擦搭接点焊对Ti6Al4V钛合金和2A12铝合金异种金属进行焊接,焊后低熔点铝合金受摩擦热影响发生熔化,而高熔点钛合金在焊接过程中始终保持固态,同时与处于液态的铝合金相互作用,最终Ti/Al界面形成熔钎焊接头且接头拉伸剪切力达19.20 kN。研究了Ti/Al熔钎焊接头钛合金和铝合金的组织变化以及连接界面的特征形貌。结果表明由于摩擦热及搅拌头下压的影响,焊点处钛合金和铝合金组织发生明显变化。钛侧主要形成热力影响区和母材区;铝侧形成熔核区、热影响区和母材区3个区域,热影响区和熔核区的晶粒尺寸相对母材区变粗大,其组织经历了受热长大、部分熔化到完全熔化3个过程。在搭接接头界面处形成均匀致密且微薄的金属间化合物层,主要成分为TiAl₃;接头界面区组织变化明显,中间部位有均匀的TiAl₃界面层,随着向接头两边延伸界面层逐渐消失且Cu元素聚集在边缘。相对其他Ti/Al搭接点焊的焊接方法,无针搅拌摩擦搭接点焊获得的接头抗拉伸剪切力得到了明显的提升。     

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。     

晶粒尺寸对钛合金TIG焊接接头组织及力学性能的影响

进行了2μm及8μm,19μm三种晶粒尺寸的细晶粒TC4钛合金常规TIG焊试验,分析了母材晶粒尺寸对钛合金焊接接头组织转变规律及力学性能的影响。结果表明,细晶粒TC4钛合金焊缝中心和热影响区组织相似,为α马氏体组织。相同焊接规范下,随着晶粒尺寸的减小,焊缝中心和热影响区组织由编织(网篮)状α组织向片状组织过渡;随着晶粒尺寸的减小,热影响区晶粒长大越来越明显,热影响区细晶区(FHAZ)明显变窄,热影响区粗晶区(CHAZ)明显变宽,焊缝—热影响区—母材的晶粒梯度增大,焊接接头三区域晶粒过渡越来越差;随着晶粒尺寸的减小,焊接接头拉伸强度和伸长率均有不同程度的提高。常温拉伸断口呈准解理断裂特征,随着母材晶粒度的增大,焊接接头解理断裂特征越明显。     

铝锂合金的焊缝组织与开裂敏感性研究

采用横向变拘束试验,研究铝锂合金(A合金)和2024合金的焊接热裂纹敏感性;并对焊缝组织进行分析,探讨它对两种合金焊接开裂倾向的影响.结果表明,A合金焊缝组织为柱状枝晶,在焊缝与热影响区之间由于非均匀形核而形成精细等轴晶粒区域(EQZ),而2024合金焊缝为联生结晶的胞状枝晶组织.两种合金焊缝组织的差异造成A合金有更高的焊接热裂纹敏感性.     

2219 铝合金VPTIG 焊接接头拉伸性能分析

2219 铝合金气孔敏感性较强,变极性TIG 焊接工艺可以有效减少和抑制气孔产生,是适合于
2219 铝合金的焊接工艺。本文介绍了2219T62 铝合金VPTIG 焊接接头的拉伸性能,进行了拉伸断口形貌分析
和微观组织分析。结果表明:2219T62 铝合金VPTIG 焊接接头强度系数可以达到65% 以上,焊接接头为混合
断裂方式,VPTIG 焊缝盖面层气孔相比打底层较多。     

电铸镍焊接热影响区低强区形成的研究

本文阐述了电铸镍焊接热影响区低强区形成的原因，试验表明采用小线能量焊接工艺可以减轻低强区对焊接接头性能的影响。     

空间环境对LF6铝合金焊接接头性能的影响

采用真空热循环试验装置，模拟近地轨道空间环境，研究了LF6铝合金焊接接头拉伸性能和微观组织，分析讨论了真空热循环对焊接接头的影响规律。结果表明：焊接接头强度和塑性变化呈现峰值规律，在循环75次左右，达到最大值；晶粒尺寸及位错形貌的变化是接头拉伸性能变化的原因。     

2219 铝合金单、双道焊接头性能分析

通过对比2219 铝合金单道氩弧焊和氦弧打底+氩弧盖面双道焊接头的常温及液氮温度拉伸性
能、显微硬度分布、单向拉伸过程的数字散斑测量(DIC)结果,发现在常、低温条件下双道焊接头的拉伸强度和
延伸率均比单道焊接头高10% ~20%,单道焊接头焊缝及热影响区内材料的显微硬度值相比母材的降低程度
比双道焊接头更为显著,其主要原因是单道焊接头的一次性热输入大于双道焊,材料受热影响更严重,焊漏高
度及形状的可控性更差。