12mm厚鈦合金平板電子束焊接的數(shù)值模擬

利用電子束焊接方法,焊接厚6mm的ta12鈦合金板材。通過拉伸實(shí)驗(yàn)、持久實(shí)驗(yàn)和疲勞實(shí)驗(yàn)對(duì)焊接接頭的力學(xué)性能進(jìn)行研究,同時(shí)對(duì)疲勞斷口進(jìn)行分析。結(jié)果表明:在室溫和550℃時(shí),焊接接頭強(qiáng)度與母材相當(dāng);在室溫時(shí),焊接接頭的塑性與母材存在明顯差異,焊接接頭的延伸率與母材相比有所下降;而在550℃時(shí),焊接接頭塑性與母材相當(dāng)或略大。疲勞斷裂位置位于靠近熔合線附近的焊縫區(qū)域,裂紋源處于試樣亞表面處;焊縫中存在氣孔缺陷,但沒有觀察到由氣孔形成的裂紋源;在疲勞實(shí)驗(yàn)過程中氣孔起加速裂紋擴(kuò)展的作用,氣孔越靠近表面對(duì)疲勞性能的影響越大。

鋁合金因其良好的性能在航空航天、交通工具、機(jī)械制造等領(lǐng)獲得了廣泛應(yīng)用,其焊接性限制了鋁合金的進(jìn)一步應(yīng)用和發(fā)展。電子束焊因其熔透性高、接頭性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)成為鋁合金焊接的重要方法之一。簡(jiǎn)述了電子束焊接的基本原理和特點(diǎn),綜述了鋁合金電子束焊在工藝、接頭組織性能、接頭缺陷預(yù)測(cè)和有限元數(shù)值模擬技術(shù)等方面的研究工作,展望了鋁合金電子束焊接的發(fā)展方向,對(duì)于今后系統(tǒng)開展鋁合金電子束焊接具有一定的參考。

通過對(duì)tc4-dt鈦合金焊接接頭顯微組織的觀察和疲勞斷裂過程的原位觀測(cè),分析了焊接接頭的顯微組織特征,研究了焊接接頭的疲勞裂紋萌生與擴(kuò)展行為。結(jié)果表明:tc4-dt焊接接頭疲勞斷裂于母材區(qū),疲勞裂紋萌生于試樣的邊緣,裂紋既可以沿著初生α相擴(kuò)展又能直接切過初生α相擴(kuò)展,裂紋的萌生壽命占整個(gè)疲勞壽命的比例較大,裂紋的擴(kuò)展壽命很短。

采用單邊缺口試樣，用掃描電鏡觀察了tc4-dt鈦合金母材及電子束焊接接頭焊縫區(qū)與熱影響區(qū)的疲勞斷口，分別分析了疲勞裂紋起裂源、擴(kuò)展區(qū)及瞬斷區(qū)的斷口形貌特征。結(jié)果表明，疲勞裂紋均起裂于試樣缺口根部，并由試樣的一側(cè)擴(kuò)展到另一側(cè)，裂紋擴(kuò)展初期均沿一定的結(jié)晶面擴(kuò)展，屬于脆性穿晶斷裂；母材和熱影響區(qū)的瞬斷部位均有明顯的韌窩出現(xiàn)，屬于塑性沿晶斷裂，而焊縫區(qū)斷口上韌窩不明顯；熱影響區(qū)疲勞斷口有疲勞條帶出現(xiàn)，但在母材和焊縫區(qū)斷口上很難看見。

對(duì)10mmaz61鎂合金板材進(jìn)行了真空電子束深熔焊接數(shù)值模擬研究.考慮到焊接過程中高溫金屬蒸氣等離子體的熱效應(yīng)及真空電子束焊接"匙孔"深熔熱效應(yīng)特征,建立了高斯面熱源與雙橢球體熱源復(fù)合的移動(dòng)熱源模型,采用數(shù)值模擬的方法研究了鎂合金真空電子束焊接溫度循環(huán)特征及不同焊接工藝對(duì)焊縫成形的影響.結(jié)果表明,建立的復(fù)合熱源模型能夠獲得電子束深熔焊接的效果,并可模擬不同焊接工藝下的溫度場(chǎng)分布與電子束熱源作用下的焊縫成形,這也證明了該模型在az61鎂合金電子束平板焊接的熱效應(yīng)模擬中有較好的適用性.

首先對(duì)50mm厚ta15鈦合金平板分別采用堆焊和對(duì)焊兩種方法進(jìn)行電子束焊接,然后采用盲孔法測(cè)量了熱處理和未熱處理情況下焊接試件殘余應(yīng)力的分布情況.測(cè)量發(fā)現(xiàn),對(duì)接焊和堆焊試件上表面縱向應(yīng)力在焊縫和熱影響區(qū)呈現(xiàn)較大的拉應(yīng)力,且對(duì)接焊試件的縱向應(yīng)力大于堆焊試件;上表面橫向殘余應(yīng)力幅值較低,且整體呈現(xiàn)壓應(yīng)力分布.下表面的橫縱應(yīng)力整體上為壓應(yīng)力,且橫縱應(yīng)力的分布和大小非常接近.結(jié)果表明,熱處理工藝造成各試板的橫縱應(yīng)力趨于一致,整個(gè)試板上的應(yīng)力趨于均勻化,且堆焊試件的均勻化程度更明顯.

采用統(tǒng)計(jì)分析的方法研究了固溶氫對(duì)tc4鈦合金電子束焊接頭疲勞壽命的影響,并對(duì)接頭試樣的疲勞斷裂位置和疲勞斷口形貌進(jìn)行了觀察與分析。結(jié)果表明,氫顯著降低了tc4鈦合金試樣的疲勞壽命,氫含量0.028%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的鈦合金的疲勞壽命僅為未充氫試樣的一半,當(dāng)氫含量增大到0.120%時(shí),疲勞壽命降到了未充氫的五分之一。疲勞試樣多數(shù)斷于接頭的熱影響區(qū),造成這一結(jié)果的主要原因是熱影響區(qū)的組織不均勻性和氫含量相對(duì)較高。斷口的形貌特征表明,氫促進(jìn)了疲勞裂紋的萌生和增加了裂紋擴(kuò)展的速度,導(dǎo)致鈦合金電子束焊接頭的疲勞壽命顯著降低。

對(duì)大厚度鈦合金電子束焊接接頭的顯微組織、相組成和冷隔缺陷進(jìn)行研究。結(jié)果表明，焊縫區(qū)組織為馬氏體α′相；熱影響區(qū)由細(xì)晶區(qū)和粗晶區(qū)兩部分組成，細(xì)晶區(qū)組織為初生α相＋β相＋等軸α相，粗晶區(qū)組織為少量的初生α相＋針狀α′相；母材區(qū)組織基本上都是長(zhǎng)條狀和塊狀的初生α相，其間分布著少量殘余β相。對(duì)冷隔的形成原因進(jìn)行了分析，并提出了預(yù)防措施。

閥門閥體模擬件的電子束焊接

截面平行的焊縫是保證中大厚度焊接結(jié)構(gòu)熔合區(qū)組織均勻性及力學(xué)性能連續(xù)性的重要條件,在工程中有著重要應(yīng)用。本文在對(duì)焊縫形貌進(jìn)行觀察及分析的基礎(chǔ)上,研究獲得平行焊縫的工藝方法。結(jié)果表明,對(duì)焊接速度、電子束流及聚焦電流等焊接參數(shù)進(jìn)行綜合調(diào)節(jié),可以有效改變焊縫形貌,使焊縫逐步趨于平行。增加偏擺掃描并控制掃描的頻率和幅度,可以獲得一系列具有不同熔寬的平行焊縫。

通過采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)tc4鈦合金電子束焊縫熔凝區(qū)形狀尺寸進(jìn)行預(yù)測(cè)研究.在大量工藝試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采集網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本,并對(duì)訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,通過確定合適的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)算法以及網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練次數(shù),建立了從聚焦電流、電子束流和焊接速度到焊縫熔深、熔寬、正面焊縫寬度、深寬比、焊縫余高、釘頭半角的bp網(wǎng)絡(luò)映射模型.結(jié)果表明,網(wǎng)絡(luò)的最大輸出相對(duì)誤差不超過5%,說明該網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的映射能力,能滿足預(yù)測(cè)要求.

介紹了用電子束焊焊接汽車空調(diào)壓縮機(jī)鋁合金活塞部件的工藝方法,就焊接過程中存在的問題進(jìn)行了分析。焊后零件通過拉伸、氣密、金相等試驗(yàn)分析,電子束焊接工藝有利于提高鋁合金活塞焊縫質(zhì)量。

日本愛海拉職業(yè)訓(xùn)練所研究了薄鋁板電子束焊的焊縫。在鋁和不銹鋼中采用了電子束焊和氣體保護(hù)鎢極弧焊,對(duì)不同的焊接速度產(chǎn)生的焊縫表面與形變進(jìn)行了對(duì)比。研究結(jié)果:用兩塊厚為0.04英時(shí)的合金板進(jìn)行電子束對(duì)焊試驗(yàn),其中一塊是鋁合金a1100p1/2硬度(含銅0.1,錳0.01,微量鎂和鉻);另一塊是合金鋼a5052p1/2硬度(含銅0.02,鎂2.4,錳0.02,硅0.09,

1 國(guó)內(nèi)外電子束焊接技術(shù)研究現(xiàn)狀 摘要綜述了電子束焊接技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展動(dòng)態(tài)。簡(jiǎn)述了電子束焊接基本 原理及國(guó)內(nèi)外研究者已取得的部分研究成果,并展望了異種材料電子束焊接技術(shù) 的研究方向。 關(guān)鍵詞電子束焊接 0引言 隨著全球工業(yè)化步伐的加快及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn),焊接這門古老而現(xiàn) 代的技術(shù)也在不斷地完善和發(fā)展,可以說焊接已在現(xiàn)代的生產(chǎn)生活中占有極為重 要的地位。近代焊接技術(shù),自1882年出現(xiàn)碳弧焊開始,迄今已經(jīng)歷了100多年的 發(fā)展歷程,為了適應(yīng)工業(yè)發(fā)展及技術(shù)進(jìn)步的需要,先后產(chǎn)生了埋弧焊、電阻焊、電 渣焊及各種氣體保護(hù)焊等一系列新的焊接方法。進(jìn)入20世紀(jì)60年代后,隨著焊 接新能源的開發(fā)和焊接新工藝的研究,等離子弧切割與焊接、真空電子束焊接及 激光焊接等高能束技術(shù)也陸續(xù)應(yīng)用到各工業(yè)部門,使焊接技術(shù)達(dá)到了一個(gè)新的水 平。特別是近年來,航空、

電子束焊接是一種利用電子束作為熱源的焊接工藝。電子束發(fā)生器中的陰極加熱到一定的溫度時(shí)逸出 電子，電子在高壓電場(chǎng)中被加速，通過電磁透鏡聚焦后，形成能量密集度極高的電子束，當(dāng)電子束轟 擊焊接表面時(shí)，電子的動(dòng)能大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使焊接件的結(jié)合處的金屬熔融，當(dāng)焊件移動(dòng)時(shí)，在焊 件結(jié)合處形成一條連續(xù)的焊縫。對(duì)于真空電子束焊機(jī)，要焊接的工件置于真空室中，一般裝夾在可直 線移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)的工作臺(tái)上。焊接過程可通過觀察系統(tǒng)觀察。 電子束焊接技術(shù)因其高能量密度和優(yōu)良的焊縫質(zhì)量，率先在國(guó)內(nèi)航空工業(yè)得到應(yīng)用。先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī) 和飛機(jī)工業(yè)中已廣泛應(yīng)用了電子束焊接技術(shù)，取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，該項(xiàng)技術(shù)從上世紀(jì) 八十年代開始逐步在向民用工業(yè)轉(zhuǎn)化。汽車工業(yè)、機(jī)械工業(yè)等已廣泛應(yīng)用該技術(shù)。 我國(guó)自行研制電子束焊機(jī)始于60年代，至今已研制生產(chǎn)出不同類型和功能的電子束焊機(jī)上百臺(tái)， 并形成了一支研制生產(chǎn)的技術(shù)隊(duì)伍，能為

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對(duì)ta15鈦合金和304不銹鋼的電子束焊接進(jìn)行了研究,對(duì)接頭顯微組織、相組成和顯微硬度進(jìn)行了分析.結(jié)果表明,ta15與304不銹鋼電子束焊接性較差,在較小的熱應(yīng)力下即在焊縫內(nèi)產(chǎn)生大量裂紋.焊縫內(nèi)生成連續(xù)分布的化合相,主要包括tife2,tife,cr2ti等,脆性化合物的產(chǎn)生是裂紋形成的根本原因.焊縫區(qū)內(nèi)顯微硬度明顯高于母材,且tife2的硬度高于tife相,貫穿裂紋在tife2相富集的區(qū)域產(chǎn)生.二者的直接電子束焊接難以實(shí)現(xiàn),需要添加中間層以改善焊縫的冶金條件,改變化合物的種類和分布,從而實(shí)現(xiàn)可靠連接.

DINENISO5817鋼、鎳、鈦及其合金熔焊接頭(不包括電子束焊接)缺陷的質(zhì)量等級(jí)

2003年12月 鋼、鎳、鈦及其合金熔焊接頭 （不包括電子束焊接）缺陷的 質(zhì)量等級(jí)（iso5817:2003） dineniso5817的英文版本 din eniso5817 ics25.160.40取代了dinen25817，1992年9月版本 歐洲標(biāo)準(zhǔn)eniso5817具有din標(biāo)準(zhǔn)的地位。 在文中使用逗號(hào)代表十進(jìn)制標(biāo)記。 國(guó)家前言 本標(biāo)準(zhǔn)的出版印刷基于cen/tc121的一個(gè)決定，即接受iso5817國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)作為一個(gè)歐洲的標(biāo)準(zhǔn)，并且 不加修改。 此次出版印刷，在德國(guó)的負(fù)責(zé)機(jī)構(gòu)是焊接標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)。 本標(biāo)準(zhǔn)的目的，是用來提供一種方法，為在多種應(yīng)用中對(duì)焊接頭進(jìn)行評(píng)估（例如鋼結(jié)構(gòu)工程、壓力容器、 水下焊接等）和測(cè)試（例如焊接工審核或者焊接工藝審核測(cè)試）提供規(guī)范。 本標(biāo)準(zhǔn)為熔焊接頭和裝配質(zhì)量的評(píng)估提供了一個(gè)基礎(chǔ)。它假定實(shí)

機(jī)載液冷冷板要求體積小、密封性和散熱效率高。本文采用真空釬焊-電子束焊復(fù)合焊接技術(shù)實(shí)現(xiàn)了3a21鋁合金冷板的焊接密封,在同等散熱效率的前提下,為機(jī)載液冷冷板的進(jìn)一步微型化提供新的焊接密封方案。

針對(duì)穩(wěn)壓器的電加熱元件00cr17ni14mo2不銹鋼管(φ22mm×2.5mm)的i型坡口對(duì)接結(jié)構(gòu),采用上聚焦方式的電子束焊接工藝,解決了焊縫內(nèi)凸和表面塌陷的成型問題,實(shí)現(xiàn)了該結(jié)構(gòu)的單面焊雙面成型焊接。試件按法國(guó)rcc-m規(guī)范進(jìn)行外觀尺寸檢測(cè)、液體滲透檢測(cè)、x射線檢測(cè)、拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、金相檢測(cè)、鐵素體含量測(cè)定及晶間腐蝕試驗(yàn),未見任何缺陷,各項(xiàng)性能均滿足技術(shù)條件要求。

選用yg30硬質(zhì)合金與45鋼進(jìn)行電子束對(duì)接焊復(fù)合試驗(yàn),用掃描電鏡、波長(zhǎng)分散x射線譜儀對(duì)焊接接頭顯微組織進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:當(dāng)電子束電流小、焊接速度慢時(shí),焊接接頭易形成有害的η相,η相分布于yg30/焊縫界面區(qū)域,并聚集長(zhǎng)大,η相層厚度約10μm;焊接過程中硬質(zhì)合金脫碳和鐵向硬質(zhì)合金遷移是η相形成的主要原因。