TA12钛合金电子束焊接接头性能和断口分析

对大厚度钛合金电子束焊接接头的显微组织、相组成和冷隔缺陷进行研究。结果表明，焊缝区组织为马氏体α′相；热影响区由细晶区和粗晶区两部分组成，细晶区组织为初生α相＋β相＋等轴α相，粗晶区组织为少量的初生α相＋针状α′相；母材区组织基本上都是长条状和块状的初生α相，其间分布着少量残余β相。对冷隔的形成原因进行了分析，并提出了预防措施。

采用统计分析的方法研究了固溶氢对tc4钛合金电子束焊接头疲劳寿命的影响,并对接头试样的疲劳断裂位置和疲劳断口形貌进行了观察与分析。结果表明,氢显著降低了tc4钛合金试样的疲劳寿命,氢含量0.028%(质量分数)的钛合金的疲劳寿命仅为未充氢试样的一半,当氢含量增大到0.120%时,疲劳寿命降到了未充氢的五分之一。疲劳试样多数断于接头的热影响区,造成这一结果的主要原因是热影响区的组织不均匀性和氢含量相对较高。断口的形貌特征表明,氢促进了疲劳裂纹的萌生和增加了裂纹扩展的速度,导致钛合金电子束焊接头的疲劳寿命显著降低。

铝合金因其良好的性能在航空航天、交通工具、机械制造等领获得了广泛应用,其焊接性限制了铝合金的进一步应用和发展。电子束焊因其熔透性高、接头性能优良等优点成为铝合金焊接的重要方法之一。简述了电子束焊接的基本原理和特点,综述了铝合金电子束焊在工艺、接头组织性能、接头缺陷预测和有限元数值模拟技术等方面的研究工作,展望了铝合金电子束焊接的发展方向,对于今后系统开展铝合金电子束焊接具有一定的参考。

采用ansys有限元分析软件,建立12mm厚tc4钛合金平板电子束焊接温度场和应力场的三维有限元数值计算模型。模型采用圆锥体热源考虑电子束焊接时的小孔效应;材料的热学、力学性能参数随温度变化;相变和熔池内液体的对流散热通过比热和热导率的变化实现。计算结果表明:钛合金电子束焊接时,熔池呈典型的卵形分布。高值纵向残余拉应力集中分布在焊缝中心线两侧距焊缝中心线4mm的区域内,平板内部出现接近材料屈服极限的局部三维残余拉应力状态。实验得到的焊缝宏观形貌和小孔释放法检测到的焊接残余应力对计算结果进行验证,实验结果和计算结果吻合较好,证明了有限元模型的正确性。

采用德国进口3gnp400st交流缝焊机对镁合金az31b进行焊接试验,分析了不同焊接电流下熔核区和热影响区微观组织变化情况,得出镁合金缝焊焊接接头组织变化的一般规律及性能变化情况;观察和分析了母材和焊接接头的断口形貌。

截面平行的焊缝是保证中大厚度焊接结构熔合区组织均匀性及力学性能连续性的重要条件,在工程中有着重要应用。本文在对焊缝形貌进行观察及分析的基础上,研究获得平行焊缝的工艺方法。结果表明,对焊接速度、电子束流及聚焦电流等焊接参数进行综合调节,可以有效改变焊缝形貌,使焊缝逐步趋于平行。增加偏摆扫描并控制扫描的频率和幅度,可以获得一系列具有不同熔宽的平行焊缝。

首先对50mm厚ta15钛合金平板分别采用堆焊和对焊两种方法进行电子束焊接,然后采用盲孔法测量了热处理和未热处理情况下焊接试件残余应力的分布情况.测量发现,对接焊和堆焊试件上表面纵向应力在焊缝和热影响区呈现较大的拉应力,且对接焊试件的纵向应力大于堆焊试件;上表面横向残余应力幅值较低,且整体呈现压应力分布.下表面的横纵应力整体上为压应力,且横纵应力的分布和大小非常接近.结果表明,热处理工艺造成各试板的横纵应力趋于一致,整个试板上的应力趋于均匀化,且堆焊试件的均匀化程度更明显.

DINENISO5817钢、镍、钛及其合金熔焊接头(不包括电子束焊接)缺陷的质量等级

2003年12月 钢、镍、钛及其合金熔焊接头 （不包括电子束焊接）缺陷的 质量等级（iso5817:2003） dineniso5817的英文版本 din eniso5817 ics25.160.40取代了dinen25817，1992年9月版本 欧洲标准eniso5817具有din标准的地位。 在文中使用逗号代表十进制标记。 国家前言 本标准的出版印刷基于cen/tc121的一个决定，即接受iso5817国际标准作为一个欧洲的标准，并且 不加修改。 此次出版印刷，在德国的负责机构是焊接标准委员会。 本标准的目的，是用来提供一种方法，为在多种应用中对焊接头进行评估（例如钢结构工程、压力容器、 水下焊接等）和测试（例如焊接工审核或者焊接工艺审核测试）提供规范。 本标准为熔焊接头和装配质量的评估提供了一个基础。它假定实

铝合金焊接接头金相

对ta15钛合金和304不锈钢的电子束焊接进行了研究,对接头显微组织、相组成和显微硬度进行了分析.结果表明,ta15与304不锈钢电子束焊接性较差,在较小的热应力下即在焊缝内产生大量裂纹.焊缝内生成连续分布的化合相,主要包括tife2,tife,cr2ti等,脆性化合物的产生是裂纹形成的根本原因.焊缝区内显微硬度明显高于母材,且tife2的硬度高于tife相,贯穿裂纹在tife2相富集的区域产生.二者的直接电子束焊接难以实现,需要添加中间层以改善焊缝的冶金条件,改变化合物的种类和分布,从而实现可靠连接.

针对大型钛制容器的中厚板焊接,研究12mm厚钛板等离子焊接工艺,分析焊接参数对焊缝成形的影响,确定合适的焊接工艺规范,对焊缝进行超声冲击消应处理,并对比超声消应前后焊缝残余应力的变化。结果表明:钛合金中厚板采用等离子焊接,焊后进行超声消应处理,可有效改善焊缝的残余应力。

选用yg30硬质合金与45钢进行电子束对接焊复合试验,用扫描电镜、波长分散x射线谱仪对焊接接头显微组织进行了分析。结果表明:当电子束电流小、焊接速度慢时,焊接接头易形成有害的η相,η相分布于yg30/焊缝界面区域,并聚集长大,η相层厚度约10μm;焊接过程中硬质合金脱碳和铁向硬质合金迁移是η相形成的主要原因。

对inconel718高温合金12mm厚板的真空电子束焊(ebw)接头整体及分层的显微组织和高温力学性能进行了研究。结果表明:经熔透焊+修饰焊的接头,焊缝中心的上、下层为树枝晶,中层为柱状晶;热影响区由上层至下层晶粒长大程度逐渐减小。经固溶+双时效热处理后,ebw接头各区域晶界处均有δ相析出,在焊缝中心最多,在热影响区及母材较少,晶粒内部均析出了γ″相。在650℃时,接头整体的抗拉强度σb、屈服强度σs和伸长率δ分别为1100mpa、800mpa和18%,达到了母材的90%、80%和80%。分层切片的力学性能下层最高,σb、σs和δ分别达到了1170mpa、870mpa和18%;上层最低,分别为1080mpa、780mpa和7%。上层断口以脆性断裂为主,中、下层断口以韧性断裂为主。显微硬度分布为焊接中心最低,热影响区与母材较高。晶界δ相的析出数量越多,显微硬度值越低。

对活性化焊接(a-tig)方法在镁合金焊接中的应用进行了初步的探讨。选取tio2作为活性剂,研究了单一活性剂tio2对镁合金焊接后微观组织的影响。试验结果表明,涂敷单一活性剂tio2可以使焊缝熔深比常规的tig焊增加2倍。与未涂敷活性剂的焊缝相比,涂敷tio2活性剂可以增大焊接的熔深,减小熔宽。

进行了母材氢含量为0.008%和0.023%的tc4钛合金氩弧焊焊接头力学性能试验,发现在变形开始阶段氢引起的软化和后期阶段的硬化和脆化现象.室温下,变形速度在10-2-10-3s-1范围内面缩很低,出现脆性.分析认为,软化是由于氢减弱晶格结合强度、加快位错运动所致,硬化和脆化则是由于氢在晶界附近富集和位错堆积难以运动所致.为恢复因氢降低的力学性能,应进行真空去氢处理.

通过对ti-6al-4v合金板材预制一定深度的疲劳裂纹,研究母材与焊缝区疲劳裂纹尖端的tem显微形态。结果表明:经历疲劳循环后,位错密度大大增加,α/β相界面位错密度高,易成为位错形核的源区;在周期性疲劳载荷的作用下,位错以源区为原点呈放射状向四周发散运动;在焊缝区马氏体板条之间的细碎相之间,位错聚集严重,说明细碎相也易成为位错萌生的源区,从而成为疲劳裂纹形核的源区;在焊缝区马氏体板条宽度越窄,位错聚集密度越高,易成为疲劳裂纹萌生的位置。此外,tem观察证实了裂纹尖端存在一定尺寸的塑性变形区。通过焊接接头分区的tem对比分析,获得焊缝区比母材区更易萌生疲劳裂纹的相关证据。

采用对接焊方法,对比研究了tc4钛合金薄板光纤激光焊接和yag激光焊接接头的宏观形状特征,分析了两种焊接热源在焊缝背宽比相同时的接头拉伸性能差异,并获得了焊接热输入对光纤激光焊接接头宏观形状与拉伸性能的影响规律。试验结果表明:光纤激光焊缝背宽比常常大于yag激光焊缝,焊接接头的强度和塑性均高于yag激光焊接接头。在稳定光纤激光全熔透深熔焊接条件下,焊缝背宽比和焊接接头的拉伸性能随焊接热输入的增加呈现先上升再下降的趋势,当焊接热输入为40j/mm,焊缝背宽比约0.8时,光纤激光焊接接头具有最好的拉伸性能,抗拉强度为1133.72mpa,断后伸长率为14.32%。

选用合理的电子束钎焊工艺参数,获得了良好的钎焊接头。用扫描电镜和能谱分析仪对钎焊接头的显微组织进行了分析。结果表明,钎料区主要是固溶体组织;母材区除了奥氏体组织外,存在铜元素的扩散。

通过对ta17/0cr18ni9ti相变超塑性扩散焊接头拉伸断口的观察分析,研究了其接头的组织结构,断裂机制。分析表明,在焊接过程中,由于钛合金/不锈钢两侧的ti、fe、cr等原子的互扩散,在接头界面处形成了β-ti、feti、fe2ti、σ等物相。由于界面处缺陷的存在以及钛合金侧拉向残余应力的存在,使拉伸断裂主要发生在β-ti和feti中。分析还发现,接头对缺陷很敏感,焊接端面上的倒角、划痕及孔洞会使接头的强度降低。

基于40cr待焊面表层实施激光淬火组织超细化处理后,与qcr0.5异材实施恒温超塑性固态焊接可行性分析的基础上,探讨了恒温超塑性固态焊接的接头形成过程。试验结果表明:在40cr与qcr0.5超塑性固态焊接的过程中,硬度较低的qcr0.5首先在硬度较高的40cr焊接面凸起处粘结,同时发生元素扩散,随焊接过程的进行,粘结物逐渐增多,元素扩散加剧,最终实现异材的超塑性固态连接。

用电弧焊和埋弧焊对17mnnivnbr钢板进行了对接焊,并对焊接接头进行拉伸、冲击、落锤及裂纹尖端张开位移试验,用光学显微镜观察了焊缝和热影响区的显微组织。结果表明:焊后经(570±15)℃×1h热处理后,焊接接头综合性能优良,可满足国标的要求;焊缝组织由先共析铁素体、针状铁素体和颗粒状贝氏体组成,粗晶热影响区组织为粗大的贝氏体。