扫描振镜激光TC4钛合金焊接性能及熔池流动行为

钛合金广泛应用于飞行器及航空航天发动机,激光焊是连接钛合金的优异焊接方法,目前主要问题是气孔导致的接头性能降低。扫描激光能显著改善激光焊接过程中的匙孔行为及熔池流动状态,从而降低气孔率、细化晶粒,最终提高接头性能。采用光纤激光器对4 mm厚TC4钛合金进行扫描振镜激光焊接,对比分析了以0.4 mm为步长、0.4～1.6 mm扫描幅度扫描前后的焊缝成形、力学性能、晶粒细化程度、熔池流动与匙孔行为。结果表明圆形扫描路径下,激光功率为4 kW、焊接速度为1.2 m/min、离焦量为0、扫描频率为100 Hz、扫描幅度为0.8 mm时,匙孔型气孔受显著抑制,且对应的接头抗拉强度最高,为1 025.03 MPa,达到了母材的96%。与无扫描光束相比较,扫描幅度为0.8 mm的接头上部平均晶粒面积减小了65%;圆形扫描的加入使熔池流动具有方向性,同时扫描激光能扩大并稳定匙孔,减少飞溅与气孔。     

YAG激光焊接钛合金TA15熔池特征

利用高速摄像,对YAG激光焊接钛合金TA15时的熔池特征以及动态过程进行了深入研究,结果表明,整个熔池可以分为3部分:(a)金属蒸气/等离子体区,它是一个以1kHz以上频率波动的过程;(b)温度超过2 000K的液态熔池区域;(c)半固态熔池区域,这是熔池的主要部分,其温度虽有一定的梯度,但基本保持在熔点温度.     

TC4钛合金光纤激光焊接熔池尺寸与近红外光信号之间的关系

利用光信号实时监测系统对TC4钛合金光纤激光焊接熔池近红外光信号进行监测,探讨了熔池尺寸与近红外光信号之间的关系。试验结果表明,近红外光信号强度与熔池表面尺寸之间存在线性关系,在穿透型与非穿透型小孔条件下,二者之间的线性关系式不同;近红外光信号强度与熔深之间存在较为明显的二次曲线关系。     

YAG激光全熔透焊接304不锈钢的熔池温度场预测

基于Rosenthal的移动线热源模型,通过与高速摄像对焊接过程中熔池特征量的测量结果对比,获得了YAG激光全熔透焊接304不锈钢时熔池特征量及温度场分布的预测模型。结果表明,在一定热输入范围内,计算与试验结果符合得很好,但当热输入使熔透焊接过程处于过度熔化和临界熔透时,计算值与试验值的偏差会变大。     

10mm厚TC11钛合金电子束焊接熔池传热与流动行为研究

采用ANSYS软件中的Flotran模块,建立了基于高斯面热源与峰值热流递增的旋转体热源相结合的新型复合热源模型,合理地模拟了10mm厚TC11钛合金平板的电子束焊接熔池传热与流动行为。结果表明:计算熔池边界与真实焊缝的熔合线轮廓吻合较好,均呈现电子束焊接典型的"钉子形"焊缝。     

激光选区熔化成形TC4钛合金激光焊接头组织与力学性能

对3mm厚激光选区熔化成形(SLM)TC4钛合金对接接头进行了激光焊接工艺试验,研究了80J/mm和100J/mm两种能量输入对接头焊缝成形、微观组织及接头力学性能的影响.结果表明,在两种不同焊接能量输入条件下,激光焊接SLM成形TC4钛合金获得良好的焊缝成形,焊缝区的平均显微硬度分别为388.7HV及403.3HV,...     

激光熔化沉积快速成形TC4钛合金的焊接性能

为了探索激光熔化沉积快速成形技术制备TC4钛合金的焊接性能,分别采用电子束焊、激光焊两种方法制备接头试样,并借助金相、硬度试验等方法获得接头力学性能、显微组织及硬度。结果表明:两种焊接方法得到的接头抗拉强度最高达953 MPa,焊接系数均0.9;激光和电子束焊接焊缝为网篮状α'相马氏体组织,热影响区为α相和针状马氏体组织组成。激光熔化沉积快速成形TC4钛合金和传统工艺制造的TC4钛合金在焊接特性方面表现相当。     

TC17钛合金激光熔覆熔池实时监测算法研究

航空发动机钛合金压气机叶片工作时,由于长时间高强度服役和异物损伤,叶片会发生变形、凹痕、磨损、裂纹甚至断裂。激光熔覆技术因其热影响区小、沉积性能好、成形精度和自动化程度高,已经成为叶片修复的重要方法之一。熔池几何特征是影响熔覆质量的关键因素,因此本文针对熔池实时监测,提出了一种基于图像处理的识别测量算法。首先,通过图像掩膜提取ROI区域,再对ROI区域进行伽马变换、阈值二值化实现熔池区域的分割;然后计算轮廓面积特征进行去噪;最后采用AABB包围盒对熔池的几何特征进行提取,实现了熔覆过程中熔池长宽的实时监测。最终通过多参数正交试验,验证算法平均识别误差为0.24 mm。     

TC4钛合金激光窄间隙焊接工艺与组织特征研究

使用IPG YLS-5000多模光纤激光器实现了12mm厚TC4钛合金光纤激光窄间隙焊接,优化了焊接工艺,并对焊缝组织和显微硬度进行了分析.结果表明:激光窄间隙焊接容易产生气孔和侧壁未熔合缺陷,优化后的焊接工艺能显著减少气孔并消除未融合缺陷.母材显微组织为典型的等轴组织,焊缝区显微组织由粗大的β柱状晶和网篮状马氏体α'组成.热影响区晶粒尺寸明显细化.热影响区组织由细小的针状马氏体α'、转变α组织和β转变组织构成.焊缝区和热影响区的显微硬度高于母材,近焊缝热影响区显微硬度达到最大值.     

激光-GMAW复合热源焊接熔池-小孔行为分析

掌握和深入理解激光-GMAW复合热源焊接过程中的熔池与小孔行为,是实现复合热源焊接工艺参数优化并将其应用于实际工程的前提.综合考虑激光和电弧的热-力作用以及熔滴过渡带入熔池的质量、热量和动量,建立了激光-GMAW复合热源焊接过程的数值分析模型.定量分析了复合热源焊接过程中熔池流体流动与传热过程以及小孔的动态行为.数值分析结果表明,小孔壁面上各种力相互作用和影响,在小孔前/后壁上会周期性地出现微小凸台,小孔孔道处于短暂瞬间闭合与重新张开的瞬时演变状态.熔滴冲击造成的熔池凹陷与小孔周期性合并与分离,加剧了小孔的不稳定性.熔池内形成两个方向相反的涡流,并在电弧下方附近发生交汇.     

基于红外热成像的TC4钛合金光纤激光焊接接头拉伸力学性能研究

对光纤激光焊接2.5mm厚TC4对接接头的拉伸力学性能进行研究,其研究方法为在常规的拉伸试验中,附加同步的红外热像测量,实时记录拉伸全过程中试样在力作用下温度场的变化。常规测试结果表明:接头与母材的强度相当,延伸率只达到母材的59.53%。试样温度场测试结果表明:当接头和母材受到的轴向载荷低于屈服强度对应载荷时,接头在热影响区部位会产生较大的应力集中,但接头和母材均未产生明显的塑性变形;当载荷等于屈服强度对应载荷时,均在宏观屈服点之前发生了微观的塑性变形;当载荷等于抗拉强度对应载荷时,接头发生剧烈塑性变形区域的长度只达到母材的35%,且接头与母材发生剧烈塑性变形区域的长度随拉伸过程的进行逐渐增加。     

TC4钛合金激光焊中工艺参数对气孔生成量的影响

文摘研究了TC4钛合金激光焊接在平焊、横焊两种位置下工艺参数对气孔生成量的影响。结果表明:平焊时,气孔生成量随激光功率、离焦量的增大先减小后增大,随焊接速度的增大先增大后减小;横焊时,气孔生成量随激光功率的增大而增大,随焊接速度的增大而减小,随离焦量的增大先减小后增大。利用正交试验方法得到的优化工艺参数进行焊接,气孔生成量大幅减少,在两种位置下均可得到内部质量良好的焊缝。     

TC4钛合金静止轴肩和传统搅拌摩擦焊的温度场对比

基于有限元软件ABAQUS对6mm厚的TC4钛合金传统及静止轴肩搅拌摩擦焊温度场进行了有限元模拟.结果表明,对比传统搅拌摩擦焊接,静止轴肩搅拌摩擦焊接具有较小的高温区,前进方向上具有较大的温度梯度,厚度方向上呈现柱状椭球形分布,上、下表面温度峰值差异较小,具有重叠性较好的热循环曲线.