DD3单晶合金瞬间过渡液相扩散焊接头组织与性能

采用粉状中间层合金D1P和非晶态箔状中间层合金D1F对镍基单晶高温合金DD3进行了TLP扩散焊,并对接头组织与性能进行了分析研究。试验结果表明,D1P粉状中间层合金TLP扩散焊接头中存在明显的组织不均匀现象,经过高温长时间保温才可消除,而采用D1F非晶态箔状中间层合金TLP扩散焊DD3合金更易获得与母材组织一致的接头。在合适的规范下,两种中间层合金扩散焊的DD3合金接头980℃持久强度均达到或超过母材的90%。     

压力对Ti2AlNb合金扩散焊接头组织与性能的影响

针对Ti₂AlNb合金进行直接固态扩散焊，研究压力对合金扩散焊接头组织与性能的影响，使用扫描电镜分析焊接接头的显微组织随压力的变化规律，对不同压力下的焊接接头进行室温拉伸实验，分析接头性能随压力的变化趋势以及接头的断裂机制。结果表明：随着压力的增加，试样表面的变形量增大，在高温下变形区域发生动态回复与再结晶，促进了连接面处孔洞的愈合，焊合率因此逐渐升高；Ti₂AlNb合金扩散焊接头可以分为再结晶区、变形区以及母材三部分，其中再结晶区主要由等轴的B2相以及α₂相组成，随着扩散焊压力的增加，再结晶区的宽度明显变宽；焊接接头的强度随着压力的增加先升高后下降。当焊接工艺参数为960℃-60 MPa-120 min时获得的焊接接头性能最好，其抗拉强度为972 MPa，达到母材强度的98%；过大的压力使得再结晶晶粒粗化，且再结晶区和变形区交界处产生裂纹，导致接头性能反而恶化。     

用急冷Al基合金作中间层对Si3N4进行扩散焊连接的研究

本文研制了急冷及普通Al基中间层材料,并对其性能及其在对Si_3N_4陶瓷进行扩散焊时用作中间层进行了研究。结果表明:Al基中间层经急冷凝固处理后组织细小,成分均匀,硬度高,熔点低。接头的剪切强度试验结果表明:在同一扩散焊工艺条件下,急冷中间层接头的剪切强度明显高于普通中间层接头的剪切强度。其中急冷Al-Si-In-Ti-Zn-Mg中间层接头在扩散焊温度为475℃时(保温时间30min,压力为15MPa),强度最高(50MPa)。随着扩散焊温度的提高,接头剪切强度明显下降。断口分析表明:接头均断在界面附近。界面附近的富In相是接头强度的薄弱环节。随着扩散焊温度的提高,富In相尺寸增大,接头强度下降。急冷Al基中间层扩散焊连接Si_3N_4陶瓷的机制是:活性元素Ti向界面扩散富集并与Si_3N_4发生化学反应,生成界面相TiN,同时中间层中的Al也向界面富集并与Si_3N_4发生化学反应,生成AIN界面相。     

Zr对Ti3Al基金属间化合物TLP扩散焊接头组织性能的影响

采用TiZrNiCu非晶态箔状钎料过渡液相(TLP)扩散连接Ti3Al基金属问化合物,通过对接头的力学性能及微观结构的分析,研究了中间层合金TiZrNiCu中Zr元素对Ti3Al基金属间化合物,TLP扩散连接接头组织和性能的影响规律和机理.结果表明,在连接工艺相同条件下,随着中间层合金中添加元素Zr含量减小,Ti3Al基TLP扩散焊接头强度增大;通过延长后续扩散处理时间,可以减小Zr元素对接头组织性能的不利影响.     

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。     

重型运载火箭集中力扩散舱段多区域联合设计与优化

为提高重型运载火箭集中力扩散舱段的承载能力和集中力扩散性能，提出了变截面-等比布局多区域联合设计方法和建立了基于静力分析以及工程估算方法的优化模型，并据此开展集中力扩散舱段优化设计。建立了集中力扩散舱段参数化有限元模型，基于显式动力学方法开展了结构承载性能和集中力扩散性能分析。依据集中力扩散舱段结构形式和承载特点，提出了综合多区域变厚度蒙皮、变截面主梁和副梁/桁条等比非均匀布局的联合设计方法，实现了结构精细化设计。为综合提高结构承载性能和集中力扩散性能，建立了基于静力分析和工程估算方法的优化模型，并基于模拟退火法求解该优化模型，获得了减重效果明显的优化结构。对比结果表明，捆绑接头两侧副梁/桁条靠近捆绑接头密布、捆绑接头中间副梁远离捆绑接头密布、变截面主梁以及变厚度蒙皮设计有利于提高结构承载效率和集中力扩散性能，验证了提出的多区域联合设计方法和优化模型在设计集中力扩散舱段方面的有效性和优越性，证明了本文优化工作具有一定的工程应用价值。     

TiAl 与TC4 扩散焊接接头的组织与性能

主要对TiAl基金属间化合物与TC4的扩散连接技术进行了研究。通过对钛铝基合金进行热处理,获得了高温性能良好的全片层组织;通过对扩散连接后的接头进行组织结构、力学性能和断口的分析发现,在915℃/80 MPa/1 h的扩散连接条件下,TiAl基合金与TC4实现了冶金结合,在室温、400和500℃下,接头的抗拉强度分别达到了TiAl母材的91.77%、95.27%和99.21%。     

垂直度误差对复合材料单钉连接性能的影响

为揭示连接孔垂直度误差对航空复合材料连接性能的影响规律,对准各向同性碳纤维环氧树脂复合材料板进行了单钉单剪试验研究。以极限承载强度、弦刚度、2%偏移承载强度为指标研究连接孔的倾斜角度、倾斜方向以及螺栓扭矩对接头承载性能的影响规律。试验结果表明:当连接孔倾斜角度从0°增加到4°时,接头弦刚度增大10%~40%,极限承载强度下降9%~12%;连接孔倾斜方向对极限承载强度影响甚微,却可使接头弦刚度产生20%~30%的变化;增加螺栓扭矩可以有效提高极限承载强度,但对接头刚度无明显影响;连接孔倾斜角度越大,则螺栓扭矩的增大对2%偏移承载强度的强化效果越不明显。     

基于损伤容限设计的钛合金层合接头制造

钛合金层合结构因具有较高的损伤容限而获得重视,并成为超塑成形/扩散连接技术应用的一个新方向。本文提出一种含圆形扩散止焊区的层合板结构,通过与原始板材的疲劳裂纹萌生和扩展寿命相对比,结果表明含止焊区的层合板能改善钛合金的裂纹扩展特性,并以此为基础设计并制造了含止焊区的钛合金层合接头,验证了采用现有扩散连接工艺技术制造钛合金层合接头的工艺可行性,其微观组织和各项性能等基本能满足对一般钛合金的设计使用要求。该研究成果为高损伤容限性能钛合金扩散连接层合结构在机翼梁、框等异型截面构件上的应用奠定了技术基础。     

SiCp/101铝基复合材料铜中间层TLP

通过颗粒增强铝基复合材料的铜中间层TLP扩散连接试验 ,对接头性能的影响因素进行了研究 ,并采用扫描电镜和电子探针等手段分析了接头连接机理、微观组织与接头性能的关系 ,从而确定了其试验条件和焊接规范。     

脉冲电流辅助粉末夹层TLP连接SiC_p/Al接头微观组织和力学性能

研究脉冲电流辅助瞬间液相(Transient Liquid Phase,TLP)扩散连接技术,采用粉末中间层,利用低压高强脉冲电流通过铝基复合材料搭接面与中间层,从而实现对SiC_p/2024Al复合材料板材的TLP扩散连接。分析不同工艺参数下连接试样的微观组织和力学性能,探索脉冲电流对铝基复合材料连接的影响机理。结果表明:采用真空压强为1×10~(-3)Pa,平均电流密度115 A/mm~2,连接预紧压力为0.5 MPa,连接时间60 min条件下,连接接头形成了良好的冶金连接界面,无缺陷产生;通过对连接接头微观组织观察发现,在脉冲电流作用下,接头原位生成弥散的高强度高硬度金属间化合物增强相,有效地提高了接头的力学性能。     

K640合金TLP连接接头组织及力学性能

为考察瞬时液相(TLP)连接方法对钴基高温合金K640合金的适用性,采用非晶态中间层进行连接试验,观察接头区显微组织,测试接头的力学性能并进行断口分析。结果表明:瞬时液相连接能够实现K640合金的良好结合,接头组织致密,成分均匀,组织与成分均与母材接近;接头高温拉伸强度达到等条件下母材强度74%,断口具有明显的韧窝形貌;高温持久强度达到等条件下母材强度的70%以上。     

SiC纤维增强钛基复合材料过渡液相扩散焊接头组织研究

针对SiCf/TC4钛基复合材料,进行其过渡液相扩散焊试验,并进行接头组织研究.结果表明:在试验条件下,采用自制的纤维 TiZrCuNi合金的复合中间层,通过合金与纤维的扩散,形成一紧密结合的界面,获得与母材接近的接头组织,实现钛基复合材料的成功连接.     

连接压力在Ti/Ni/Ti复合层TLP扩散连接Si3N4陶瓷中的作用机制

研究了Ｔｉ／Ｎｉ／Ｔｉ复合层ＴＬＰ扩散连接Ｓｉ３Ｎ４陶瓷时压力对接头形成的作用机制。结果表明,ＴＬＰ来不及与陶瓷发生充分反应并形成高强度结合界面就已完全凝固,为形成高强度的结合界面,必须进一步发生固态扩散反应。只有当连接过程中施加足够的压力,才能保证ＴＬＰ在其存在期间充分铺展陶瓷,并在ＴＬＰ完全凝固后形成大量扩散通道,为固态扩散反应提供必要条件。     

SiC颗粒增强Al基复合材料焊接工艺研究

通过SiC颗粒增强Al基复合材料与Al合金的焊接工艺试验研究，重点分析了材料组合，保湿工艺，连接时间等工艺参数对连接接头性能的影响以及连接接头的微观组织及成分分布，研究表明，TLP扩散连接是一种适用于复合材料连接的重要方法，在相同工艺条件下，LF6／SiCp-6061Al的接头性能明显优于LF6／SiCp-2024Al，连接时间过短或过长，都将影响到接头性能，并且连接时间对不同材料组合的影响也不同，采用二次保温工艺可以较大幅度地提高接头性能。     

过渡液相扩散焊连接工艺参数对DD407母材液化的影响

为了将瞬间液相扩散焊的液相形成过程与固相扩散焊复合,充分利用TLP及固相扩散焊的优点,需要研究接头界面处母材液化规律。选用DD407镍基单晶高温合金作为试验材料,中间层合金采用含B为3.5%的BNi9进行TLP连接,观察母材液化宽度和接头宽度在不同工艺参数下的变化。通过分析得到:母材液化区宽度随着加热温度升高及保温时间增长而增加,在焊接温度为1100℃,保温时间为5min,中间层厚度为150μm的情况下,母材液化的宽度达到65.8μm;中间层厚度对母材液化的影响程度相对较大,主要降熔元素B的总量增加;TLP连接过程中,母材液化的过程为降熔元素B不断向母材中扩散,导致母材液化宽度增加,但随着扩散的进行,B元素的含量逐渐降低引起等温凝固,从而在一定程度上影响了表面清理的效果。     

Ti3Al基合金及其与异种材料的连接研究现状

综述了耐高温轻质结构材料Ti3Al基合金及其与异种材料的连接研究现状，阐述了熔焊、钎焊、扩散焊、TLP扩散连接等主要连接方法的优缺点，指出了实用化研究方向。     

新型金属/复合材料混合连接结构试验研究

为提高金属与复合材料混合连接结构的力学性能,提出一种金属与复合材料之间的新型连接方法。通过在金属与复合材料搭接区铺设胶膜,同时嵌入若干贯穿被连接件的金属细针,从而使得胶膜与细针共同传递被连接件之间的载荷。为探明和揭示该新型连接方法的优越性,制作了相应的试验件并开展了力学性能测试。通过分析试验过程中的载荷-位移关系以及试验件破坏模式,发现新型连接方法显著提高了金属与复合材料连接结构的破坏载荷、破坏应变及能量吸收能力。若将该新型连接方法应用于航空航天工程,将提高复合材料连接结构的承载效率,降低结构重量。此外,该连接方法还降低了接头破坏的突发性,从而有利于结构缺陷的检测。     

焊接接头力学性能不均匀性的研究

 研究１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ材料氩弧对接焊接头的力学性能不均匀性，用金相分析和微形剪切试验得到焊接接头上不同组织区的力学性能分布特性。结果表明，在熔合区组织不均匀性与力学性能不均匀性最为严重，是焊接接头最薄弱的环节。焊接接头的疲劳试验表明，初始裂纹一般发生在熔合区，同时焊接接头力学性能不均匀性会导致焊接接头疲劳寿命降低４０％～６０％     

Evaluation of tensile properties of a compositemetal joint with a novel metal insert design by experimental and numerical methods

Composite-metal joints with a metal insert are one kind of connecting structure.In this paper,tensile experimental tests were carried out to investigate tensile properties of a composite metal joint with a novel metal insert design.Finite element models of the joint were established,and strain distribution and tensile strength were analyzed.The numerical results are in good agree ment with the experimental results.Results show that the joint failure is dominated by shear properties of the resin layer.Increasing the resin layer thickness in a certain range will improve the tensile strength of the joint,while increasing the radius of the fillet on the ending side of the metal insert will decrease the joint strength.Increasing the resin layer plasticity will improve the joint strength.The effect of the embedded depth of the metal insert can be ignored.