TC17钛合金在TIG焊接方法下的焊接性研究

利用填充TA2焊丝的TIG焊接方法,研究了焊接接头组织和性能特点,并利用焊前涂覆活性剂和焊后进行热处理的正交试验,讨论了焊前和焊后处理方法对焊接接头性能的影响。试验结果表明,TC17钛合金TIG焊接接头明显可见焊缝、熔合线和热影响区等区域,焊缝区柱状晶特点明显并且存在一定量的小气孔,热影响区晶粒较大;焊接接头组织较母材有软化的倾向。焊后接头强度达到母材的85%,热处理后接头强度可达到母材的90%以上,并且热处理后的焊接接头具有良好的高温拉伸、持久性能,显示出TC17钛合金具有良好的焊接性。     

不同填充材料对含Sc和Zr铝合金TIG焊接头组织与性能的影响

对采用不同填充材料获得的含Sc和Zr铝合金钨极氩弧焊(TIG)接头的组织与性能进行研究,优化了试验条件下的焊接工艺参数。拉伸试验表明,采用Al-Mg焊丝和母材焊丝焊接获得接头的抗拉强度明显高于采用Al-Si焊丝和纯Al焊丝获得接头的强度。对接头的微观组织结构分析表明,采用Al-Mg焊丝和母材焊丝获得的接头组织致密、未见有微裂纹和夹渣等缺陷,拉伸断口呈韧性断裂特征,XRD测试发现在接头中含有Al3Sc、Al3Zr和Al3Zr4等强化相,有利于提高接头的强度。     

TC4钛合金扩散焊接头的力学性能

在温度为910℃，压力为3.4MPa条件下对TC4钛合金板材进行了扩散焊接，对获得的扩散焊接头取样进行金相观察，仅在接近接头表面材料深度为1mm范围内发现未焊合缺陷，其余部分焊合较好，表明在给定工艺下可获得质量良好的焊接头.随后对TC4扩散焊接头的力学性能进行了试验研究，分别开展了静拉伸试验、断裂韧性试验及焊缝附近区域的纳米压痕试验.试验结果表明，所制得的TC4扩散焊接头屈服强度为887MPa，抗拉强度为948MPa，断裂韧性为101.9MPa·m1/2，均与原材料的性能相差不大.纳米压痕试验的结果显示，接头焊缝区和母材区的显微弹性模量分别为180.2GPa和178.0GPa.      

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.     

TA16钛合金导管的自动钨极旋转氩弧焊

针对2种规格的TA16钛合金导管开展不加填充的自动钨极旋转氩弧焊工艺试验,确定最佳的焊接工艺参数,并对其焊接接头的质量和性能进行了分析.结果表明:采用自动氩弧焊工艺焊接TA16钛合金导管,能够获得良好的焊接接头;接头室温拉伸强度能达到母材的95%以上;随着温度的升高,TA16导管接头的拉伸强度逐渐下降.     

TC11/TC17钛合金线性摩擦焊接头组织与性能

针对航空发动机钛合金整体叶盘的典型材料TC11和TC17开展对异种钛合金线性摩擦焊的研究,其中包括飞边形貌、接头组织及拉伸性能等.研究结果表明:TC11/TC17异种钛合金线性摩擦焊沿振动方向的飞边较长;焊接接头明显分为3个区域:母材、热机械影响区和焊缝区,其中TC11母材为双态组织、TC17母材为网篮组织、热机械影响区的组织沿着受力方向被拉长,焊缝发生了动态再结晶,组织为等轴晶.拉伸测试结果表明:接头的抗拉强度及屈服强度能达到与TC11等强,拉伸试样均断在TC11母材一侧,随着测试温度提高,强度呈线性下降趋势;而断面收缩率均超过TC17母材,随着测试温度提高,变化不明显.     

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.     

电子束焊接整体叶盘结构验证件设计和试验研究

设计了TC11材料电子束焊接接头圆棒试样,提出了先拼焊叶环扇块、再对焊叶环与轮盘的整体叶盘结构验证件技术方案,设计和加工了电子束焊接整体叶盘结构验证件.进行了TC11材料电子束焊接试样和母材试样力学性能对比试验,并完成了电子束焊接整体叶盘结构件的应变测量和低循环疲劳试验研究.     

钛合金薄板对接及锐角接电子束焊接

针对TC4钛合金薄板对接接头和TC1钛合金薄板锐角接头进行电子束焊接工艺研究,得到TC4及TC1钛合金薄板的电子束焊接工艺参数.通过常规力学性能测试和X射线检查,TC4钛合金对接焊缝的拉伸强度平均为1050MPa,达到了母材强度的95％以上.试验结果证明,上述工艺参数得到的焊缝,满足设计及相关文件的要求.     

民用航空发动机TA19电子束焊疲劳试验

针对民用航空发动机钛合金整体叶盘常用材料TA19开展其母材试件与电子束焊焊接试件在20,300,450℃的疲劳试验,通过焊接试件的焊缝材料断口与母材断口形貌的比较探讨了焊缝材料的疲劳破坏机理,并在104~106循环的疲劳寿命区间内采用Basquin模型分别建立了焊缝材料和母材的应力-疲劳寿命(S-N)曲线,结果显示母材试件与焊接试件的试验疲劳寿命大部分都落在了对应模型计算疲劳寿命的2倍线之内,表明试验得到的S-N曲线是合理的.焊接试件与母材试件的S-N曲线的对比分析表明,20℃时焊接试件的疲劳性能比母材试件略高,而在300℃和450℃时焊接试件与母材试件的疲劳性能差异随应力水平发生变化.但总地说来,在所关注疲劳寿命区间内,母材试件与焊接试件的计算疲劳寿命差异也在2倍线以内,初步表明两者的疲劳性能相当.      

用一种新型焊丝焊接TC18钛合金的接头性能与组织研究

对采用研制的焊丝和采用TC18同质焊材钨极氩弧焊焊接TC18钛合金的接头力学性能及微观组织进行了对比研究,结果表明:采用同质焊材焊接TC18钛合金只能保证接头的强度指标,而采用研制的新型焊丝焊接TC18钛合金,可以保证接头具有优良的综合力学性能.     

TC4-DT钛合金线性摩擦焊接头组织和力学性能分析

针对飞机用典型的TC4-DT钛合金线性摩擦焊接头,开展组织及接头的拉伸、冲击和低周疲劳等力学性能测试。结果表明:TC4-DT钛合金线性摩擦焊接头经过700℃+保温3h的热处理后,接头的室温和高温抗拉强度达到母材的97%以上,室温和低温冲击性能略高于母材,室温低周疲劳性能与母材相当,具有良好的综合力学性能。     

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。     

TC4-DT材料高压电子束焊接框工艺研究

对TC4-DT材料高压电子束框工艺进行了研究。采用高压电子束焊接技术来实现复杂结构、大厚度难熔金属的热工艺成形,并对工艺、微观形貌、力学性能及微观组织进行系统性的分析。试验结果表明:电子束所形成的焊缝较为平整,成形较窄,拉伸、冲击强度较高,抗拉性能强于母材,但冲击韧性有所下降;焊缝接头网篮组织结构中,焊缝组织不见明显晶界,保证了焊缝组织的连续,且晶粒交错细化。     

TC21细晶钛合金TIG焊接接头组织及力学性能研究

开展了不同晶粒尺寸的细晶粒TC21钛合金的TIG焊接实验,研究了母材及接头组织和力学性能。结果表明：细晶粒TC21钛合金TIG焊接接头抗拉强度达到母材的95％左右,焊接性较好;但是焊接接头脆化严重,伸长率和断面收缩率均较低。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,21μm的细晶TC21合金焊缝及热影响区为片状或长粒状α’组织;而7μm的细晶TC21合金接头中α’丛的尺寸较小且相互交错,形成针状或短粒状α’组织。硬度测试表明：靠近母材的热影响区细晶区存在一个软化区,该区域硬度最低,而焊缝中心与热影响区粗晶区分界处（细晶过渡区（FTZ））也存在硬度的下降,不过此区域下降幅度不大。常温拉伸断口呈准解理断裂特征,随着母材晶粒度的增大,焊接接头解理特征越明显。     

钛合金叠形波纹管的设计和制造

用有限元分析软件对叠形波纹管进行了结构设计,采用扩散连接方法和应力松弛技术制备了TA15钛合金叠形波纹管结构件.对高温扩散焊接叠形波纹管扩散连接界面微观组织、母材的晶粒度、材料的性能损失、气密性、刚度进行了分析和测试.结果表明采用扩散连接技术制备的叠形波纹管焊接接头良好,满足气密性、强度、刚度和疲劳性能要求.     

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。     

激光熔覆制备TC4基复合药型罩材料的力学性能

为了提高TC4药型罩的侵彻性能,将激光熔覆制备工艺用于TC4复合药型罩材料的制备。选用TA15+30%(质量分数,下同)TiC粉、TA15+20%Cr_3C_2粉和TA15+15%B_4C粉作为TC4基体的熔覆材料。采用XRD、扫描电镜和显微硬度测试、准静态压缩实验、SHPB动态压缩实验以及3点弯曲实验方法,研究熔覆层与基体界面处微观形貌、熔覆层硬度变化情况以及3种复合材料的力学性能。结果表明:TC4基体与3种材料都能形成完全冶金结合,TC4-(TA15+TiC),TC4-(TA15+Cr_3C_2)和TC4-(TA15+B_4C)材料的强度均高于TC4基体材料,塑性略差;TC4-(TA15+TiC),TC4-(TA15+Cr_3C_2)材料的抗弯强度分别为168 MPa,101 MPa,均高于TC4基体材料的45 MPa。     

工艺参数对钛合金激光T型接头焊缝成形及剪切力的影响

文摘采用连续激光焊工艺焊接TC4/TA15激光T型接头,运用体式显微镜及拉伸试验机对接头进行测试分析,研究工艺参数对激光T型接头焊缝成形及剪切性能的影响。结果表明:在其他参数保持不变的情况下,随着激光功率在一定范围内的提高,焊接速度在一定范围内的降低,骨架熔宽及骨架熔深增加;骨架熔宽是影响激光T型接头剪切性能的决定性参数,匹配激光功率超过4.1 kW、焊接速度低于80 mm/s、离焦量为-5~+10 mm,可使骨架熔宽超过0.51 mm,接头剪切力达到14 kN以上水平。