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。     

30CrMnSiNi2A超高强度钢真空电子束焊接工艺应用研究

针对锁底对接形式的30CrMnSiNi2A超高强度钢进行了真空电子束焊接工艺分析与讨论,借助金相分析、显微硬度、扫描电镜等测试方法对焊缝形貌、组织和性能进行了研究,并分析了常见缺陷的种类和防止措施。试验结果表明,在合适的电子束焊接参数下可以获得较为理想的30CrMnSiNi2A超高强度钢焊缝形貌,且具有较好的综合力学性能,焊缝经目视检查、X射线探伤和磁粉探伤,达到I级焊缝要求,并将此焊接工艺成功地应用于飞机机体产品的焊接。     

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。     

Research on modeling of heat source for electron beam welding fusion-solidification zone

In this paper, the common heat source model of point and linear heat source in the numerical simulation of electron beam welding (EBW) were summarized and introduced. The combined point-linear heat source model was brought forward and to simulate the welding temperature fields of EBW and predicting the weld shape. The model parameters were put forward and regulated in the combined model, which included the ratio of point heat source to linear heat source Qpr and the distribution of linear heat source Lr. Based on the combined model, the welding temperature fields of EBW were investigated. The results show that the predicted weld shapes are conformable to those of the actual, the temperature fields are reasonable and correct by simulating with combined point-linear heat source model and the typical weld shapes are gained.     

锻造TC4钛合金电子束焊接接头的疲劳破坏机制

对锻造TC4钛合金电子束焊接(EBW)接头进行了应力控制的高周疲劳试验和应变控制的低周疲劳试验,利用扫描电子显微镜对疲劳断口进行观察与分析,研究了疲劳裂纹的起裂机制.研究结果表明:所有的高周疲劳试样裂纹起裂位置和最后断裂位置均发生在母材区,而低周疲劳试验试样断裂位置表现出不确定性,在焊缝区和母材区均可导致裂纹起裂.高周疲劳载荷下,裂纹起源于表面滑移;低周疲劳时,裂纹可能在接头母材区的表面起裂,也可能在接头焊缝的内部缺陷处起裂,裂纹起裂模式取决于载荷大小.      

某型飞机尾喷管开裂原因分析

尾喷管作为飞机发动机的重要组成部件之一,主要由薄板焊接而成。由于其长期在高温、振动以及气流冲刷等恶劣环境中工作,常出现尾喷管失效事故,而焊缝作为尾喷管中的薄弱部分,常出现开裂现象。某型飞机尾喷管在飞行完成后的例行检查中在焊缝上以及焊缝周边检查发现两处裂纹。通过宏观检验、断裂面形貌分析以及金相组织分析等方法对其开裂原因进行了分析。结果表明:由于结构设计原因,尾喷管上同一位置存在多次焊接现象,为多密集焊缝结构件,使得焊接接头过热,焊缝组织中铁素体呈现网状分布,同时尾喷管母材上存在焊接烧穿现象,导致焊接接头力学性能下降,使得疲劳裂纹萌生并扩展;支撑螺杆与加强筋未焊满,收弧处为点连接而非面连接,在飞行过程中,该位置发生振动应力集中并萌生疲劳裂纹,并最终发生疲劳失效。     

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。     

Influence of welding parameters on microstructure and mechanical properties of electron beam welded Ti60 to GH3128 joint with a Cu interlayer

Effects of welding parameters on the microstructure and mechanical properties of Ti/Cu/Ni joint welded by electron beam were investigated. High welding heat input increased the melting quantity of Ti60 titanium alloy and promoted the formation of Ti–Cu intermetallic compounds (IMC) such as Ti₂Cu and Ti₃Cu₄, increasing the brittleness of the joints. Low welding heat input was not conducive to the complete melting of the copper interlayer, and the unmelted copper reduced the performance of the joints. Under the optimal welding parameters, Ti–Ni IMCs in the weld would be replaced by (Cu, Ni) solid solutions ((Cu, Ni)_ss). However, Ti–Cu IMC layers cannot be eliminated entirely by changing the welding parameters. The maximum tensile strength of the joints was 201 MPa. The fracture of the joints occurred at the Ti–Cu IMC layer, which was a typical brittle fracture.     

TC4钛合金电子束焊缝形状特征分类研究

论述了理论解析、数值模拟、回归分析、人工神经网络等多种焊缝形状的研究方法,采用多种预测方法结合将是较为理想的焊缝形状研究方案.在所获取的电子束焊缝截面上取一系列控制点,利用B样条曲线实现焊缝形状的参数化再现,分析了控制点参数与焊缝形状特征参数的关系,建立了焊接形状分类准则,获得了特征尺寸临界值,并将电子束焊缝分为漏斗型、钟罩型、楔型和钉型四类.     

钛合金加强框真空电子束焊接应用研究

钛合金加强框是飞机结构的重要构件,其在框段组合时机械连接与潜弧焊焊接方式均存在不足。真空电子束焊接(EBW)是实现钛合金框段组合的新型制造方式,具有显著优势。采用"积木式方法"展开系列试验研究:首先针对不同热处理制度下的TC4-DT焊接试样进行拉伸试验,通过标的参数对比获取合理的焊后热处理制度;然后通过系列焊接标准试样拉伸试验、断裂韧度试验及裂纹扩展率试验,获取基础性试验数据,并对焊接性能进行判断;最后经过短梁试验、部件试验以及机上应用,完成TC4-DT钛合金加强框EBW工程应用。结果表明:TC4-DT钛合金加强框EBW接头力学性能良好,较机械连接质量收益明显。     

2219厚板铝合金TIG和MIG焊接接头组织与性能对比研究

对15mm厚2219-C10S铝合金分别进行钨极惰性气体保护焊（TIG）、熔化极惰性气体保护焊（MIG）对接试验,对接头焊缝成形、内部质量、组织形貌及力学拉伸性能进行对比分析。结果表明：TIG焊缝表面光亮洁净,鱼鳞纹美观,焊缝内部近无缺陷,MIG焊接头焊缝飞溅较多,焊缝表面较为粗糙,焊缝内部存在少数单个小气孔。TIG焊缝晶粒尺寸较为细小,分布均匀,MIG焊盖面的焊缝组织晶粒则比较粗大,分布不均,热影响区比TIG焊接头的晶粒更为粗大。两种接头的熔合区组织不均匀,晶粒大小不一。常温拉伸试验中,两种接头均沿熔合区断裂,TIG焊接头强度和塑性要优于MIG接头。     

TC18钛合金焊接接头力学性能试验研究

氩弧焊和电子束焊是钛合金加工中两类常见的工艺方法,对比研究两种工艺对焊接接头力学性能的影响对其在工程中的合理选用具有重要的参考价值。完成了TC18钛合金氩弧焊接头和电子束焊接头的静力拉伸及旋转弯曲疲劳试验,并根据试验结果对两类焊接接头的力学性能进行了对比分析,采用统计学方法给出了二者的中值疲劳寿命SN曲线及疲劳极限。研究结果表明：氩弧焊接头焊缝区内晶粒粗大,使得材料的力学性能明显劣化;电子柬焊接头具有更高的抗拉强度与更好的高周疲劳性能,更有利于工程应用。     

TC4钛合金电子束焊接接头中值疲劳寿命研究

研究了TC4钛合金母材及2种不同焊接工艺电子束焊接接头的拉伸性能和疲劳性能,测试了同一应力水平下的疲劳寿命.疲劳测试试验结果表明:与母材相比,TC4钛合金电子束焊接后拉伸性能提高,延伸率降低.     

激光焊接ZL114A/5A06 异种铝合金接头组织及性能

采用激光焊接ZL114A/5A06异种铝合金,通过参数优化以获得性能优良的焊接接头,利用光学显微镜(OM)、拉力试验机、高温疲劳试验机、SEM和EDS对接头的显微组织、力学性能和拉伸断口进行了研究。结果表明:焊缝中心区的金相组织为等轴晶;接头焊后不经热处理,抗拉强度可达到265 MPa,为母材强度的80%以上,并有很好的抗疲劳性能;断口分析显示断裂位置在ZL114A母材一侧的熔合线附近;在保证焊透的前提下,激光功率越小,晶粒越细小,接头强度越高。对框架蒙皮结构铝合金贮箱产品试验件进行了焊接,试验件达到了产品各项性能指标要求。     

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.     

真空空心阴极电弧焊接设备和工艺研究

介绍了真空空心阴极电弧焊接设备研制和焊接工艺研究情况,这是为解决钛合金容器焊接存在的飞溅问题而发明的一种先进的焊接工艺方法,在真空条件下,采用管状空心阴极,通入少量氩气,从而引燃电弧进行焊接。空心阴极焊接设备由空心阴极焊枪,真空系统,焊地电源,气体流量控制单元,总控制籍组成,文中详述了空心阴极焊枪设计,引弧试验情况及钛合金焊接工艺试验,结果表明焊接接头拉伸强度达到标准的要求,特别是与电子束焊相比,焊缝背面无焊接飞溅。     

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。     

焊接方法对2219铝合金性能及组织的影响

通过拉伸试验,利用扫描电镜与光学显微镜等手段,比较了搅拌摩擦焊(FSW)和变极性钨极氩弧焊(VPTIG)两种焊接方法对2219铝合金板材力学性能的影响.结果表明,无论何种焊接方法均使2219铝合金板材的强度和塑性下降,但是FSW焊接接头强度以及塑性等力学性能明显优于VPTIG焊熔焊接头.拉伸试样断口形貌以及显微组织分析显示,FSW焊核区组织均匀细密,断裂位置位于后退侧热影响区与焊核区的交界处.VPTIG焊接接头易出现气孔缺陷,熔合区是最薄弱环节.     

TA15钛合金电子束焊缝形貌及其组织研究

采用不同工艺参数对TA15钛合金进行电子束焊接,通过观察焊缝形貌、测量其形状参数研究了焊接接头形貌的变化规律,并分析了焊接接头组织。结果表明:增大电子束流时,熔深、半熔深熔宽、焊缝宽度都增大,焊缝横截面的形状从"钉形"转变为"钟罩形";增大焊接速度,对焊缝形状影响不大,熔深、半熔深熔宽及焊缝宽度均减小,深宽比先增大后减小;聚焦电流的增大对熔深作用较明显,半熔深熔宽及焊缝宽度变化不大;扫描幅值的增加使焊缝熔深减小,半熔深熔宽增大。靠近母材的热影响区组织与母材组织相近,主要由初生等轴状α相及转变β相组成,并出现针状(α+β);靠近熔合线的组织由α相和针状(α+β)相构成,并出现α'马氏体;熔合区组织由α'组成,熔合线周围柱状晶垂直于焊缝中心生长,并在焊缝中心形成单列或多列的等轴状晶。     

双焦点激光焊接工艺参数对焊缝成形影响

通过利用自行研制的分束焊接头将一束激光分为能量相当的两束激光,在沿焊缝方向上串联产生了两个焦点.通过该试验系统研究了在双焦点激光焊接过程中参数的变化对焊缝成形和熔深的影响规律,探索了双焦点激光焊接最佳工艺的参数调节,试验结果表明,双焦点激光焊接显著改善了焊接质量,焊缝的中心线开裂敏感性也降低.双焦点激光焊接过程中,激光功率、焊接速度、离焦量等参数的变化,均能对焊缝成形和熔深产生显著影响,进而影响焊缝的微观组织和宏观形状.