TA12鈦合金電子束焊接接頭性能和斷口分析

對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行研究。結果表明，焊縫區(qū)組織為馬氏體α′相；熱影響區(qū)由細晶區(qū)和粗晶區(qū)兩部分組成，細晶區(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)組織基本上都是長條狀和塊狀的初生α相，其間分布著少量殘余β相。對冷隔的形成原因進行了分析，并提出了預防措施。

采用統(tǒng)計分析的方法研究了固溶氫對tc4鈦合金電子束焊接頭疲勞壽命的影響,并對接頭試樣的疲勞斷裂位置和疲勞斷口形貌進行了觀察與分析。結果表明,氫顯著降低了tc4鈦合金試樣的疲勞壽命,氫含量0.028%(質量分數(shù))的鈦合金的疲勞壽命僅為未充氫試樣的一半,當氫含量增大到0.120%時,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較高。斷口的形貌特征表明,氫促進了疲勞裂紋的萌生和增加了裂紋擴展的速度,導致鈦合金電子束焊接頭的疲勞壽命顯著降低。

鋁合金因其良好的性能在航空航天、交通工具、機械制造等領獲得了廣泛應用,其焊接性限制了鋁合金的進一步應用和發(fā)展。電子束焊因其熔透性高、接頭性能優(yōu)良等優(yōu)點成為鋁合金焊接的重要方法之一。簡述了電子束焊接的基本原理和特點,綜述了鋁合金電子束焊在工藝、接頭組織性能、接頭缺陷預測和有限元數(shù)值模擬技術等方面的研究工作,展望了鋁合金電子束焊接的發(fā)展方向,對于今后系統(tǒng)開展鋁合金電子束焊接具有一定的參考。

采用ansys有限元分析軟件,建立12mm厚tc4鈦合金平板電子束焊接溫度場和應力場的三維有限元數(shù)值計算模型。模型采用圓錐體熱源考慮電子束焊接時的小孔效應;材料的熱學、力學性能參數(shù)隨溫度變化;相變和熔池內(nèi)液體的對流散熱通過比熱和熱導率的變化實現(xiàn)。計算結果表明:鈦合金電子束焊接時,熔池呈典型的卵形分布。高值縱向殘余拉應力集中分布在焊縫中心線兩側距焊縫中心線4mm的區(qū)域內(nèi),平板內(nèi)部出現(xiàn)接近材料屈服極限的局部三維殘余拉應力狀態(tài)。實驗得到的焊縫宏觀形貌和小孔釋放法檢測到的焊接殘余應力對計算結果進行驗證,實驗結果和計算結果吻合較好,證明了有限元模型的正確性。

采用德國進口3gnp400st交流縫焊機對鎂合金az31b進行焊接試驗,分析了不同焊接電流下熔核區(qū)和熱影響區(qū)微觀組織變化情況,得出鎂合金縫焊焊接接頭組織變化的一般規(guī)律及性能變化情況;觀察和分析了母材和焊接接頭的斷口形貌。

截面平行的焊縫是保證中大厚度焊接結構熔合區(qū)組織均勻性及力學性能連續(xù)性的重要條件,在工程中有著重要應用。本文在對焊縫形貌進行觀察及分析的基礎上,研究獲得平行焊縫的工藝方法。結果表明,對焊接速度、電子束流及聚焦電流等焊接參數(shù)進行綜合調(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。

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

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

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 質量等級（iso5817:2003） dineniso5817的英文版本 din eniso5817 ics25.160.40取代了dinen25817，1992年9月版本 歐洲標準eniso5817具有din標準的地位。 在文中使用逗號代表十進制標記。 國家前言 本標準的出版印刷基于cen/tc121的一個決定，即接受iso5817國際標準作為一個歐洲的標準，并且 不加修改。 此次出版印刷，在德國的負責機構是焊接標準委員會。 本標準的目的，是用來提供一種方法，為在多種應用中對焊接頭進行評估（例如鋼結構工程、壓力容器、 水下焊接等）和測試（例如焊接工審核或者焊接工藝審核測試）提供規(guī)范。 本標準為熔焊接頭和裝配質量的評估提供了一個基礎。它假定實

鋁合金焊接接頭金相

對ta15鈦合金和304不銹鋼的電子束焊接進行了研究,對接頭顯微組織、相組成和顯微硬度進行了分析.結果表明,ta15與304不銹鋼電子束焊接性較差,在較小的熱應力下即在焊縫內(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,從而實現(xiàn)可靠連接.

針對大型鈦制容器的中厚板焊接,研究12mm厚鈦板等離子焊接工藝,分析焊接參數(shù)對焊縫成形的影響,確定合適的焊接工藝規(guī)范,對焊縫進行超聲沖擊消應處理,并對比超聲消應前后焊縫殘余應力的變化。結果表明:鈦合金中厚板采用等離子焊接,焊后進行超聲消應處理,可有效改善焊縫的殘余應力。

選用yg30硬質合金與45鋼進行電子束對接焊復合試驗,用掃描電鏡、波長分散x射線譜儀對焊接接頭顯微組織進行了分析。結果表明:當電子束電流小、焊接速度慢時,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,并聚集長大,η相層厚度約10μm;焊接過程中硬質合金脫碳和鐵向硬質合金遷移是η相形成的主要原因。

對inconel718高溫合金12mm厚板的真空電子束焊(ebw)接頭整體及分層的顯微組織和高溫力學性能進行了研究。結果表明:經(jīng)熔透焊+修飾焊的接頭,焊縫中心的上、下層為樹枝晶,中層為柱狀晶;熱影響區(qū)由上層至下層晶粒長大程度逐漸減小。經(jīng)固溶+雙時效熱處理后,ebw接頭各區(qū)域晶界處均有δ相析出,在焊縫中心最多,在熱影響區(qū)及母材較少,晶粒內(nèi)部均析出了γ″相。在650℃時,接頭整體的抗拉強度σb、屈服強度σs和伸長率δ分別為1100mpa、800mpa和18%,達到了母材的90%、80%和80%。分層切片的力學性能下層最高,σb、σs和δ分別達到了1170mpa、870mpa和18%;上層最低,分別為1080mpa、780mpa和7%。上層斷口以脆性斷裂為主,中、下層斷口以韌性斷裂為主。顯微硬度分布為焊接中心最低,熱影響區(qū)與母材較高。晶界δ相的析出數(shù)量越多,顯微硬度值越低。

對活性化焊接(a-tig)方法在鎂合金焊接中的應用進行了初步的探討。選取tio2作為活性劑,研究了單一活性劑tio2對鎂合金焊接后微觀組織的影響。試驗結果表明,涂敷單一活性劑tio2可以使焊縫熔深比常規(guī)的tig焊增加2倍。與未涂敷活性劑的焊縫相比,涂敷tio2活性劑可以增大焊接的熔深,減小熔寬。

進行了母材氫含量為0.008%和0.023%的tc4鈦合金氬弧焊焊接頭力學性能試驗,發(fā)現(xiàn)在變形開始階段氫引起的軟化和后期階段的硬化和脆化現(xiàn)象.室溫下,變形速度在10-2-10-3s-1范圍內(nèi)面縮很低,出現(xiàn)脆性.分析認為,軟化是由于氫減弱晶格結合強度、加快位錯運動所致,硬化和脆化則是由于氫在晶界附近富集和位錯堆積難以運動所致.為恢復因氫降低的力學性能,應進行真空去氫處理.

通過對ti-6al-4v合金板材預制一定深度的疲勞裂紋,研究母材與焊縫區(qū)疲勞裂紋尖端的tem顯微形態(tài)。結果表明:經(jīng)歷疲勞循環(huán)后,位錯密度大大增加,α/β相界面位錯密度高,易成為位錯形核的源區(qū);在周期性疲勞載荷的作用下,位錯以源區(qū)為原點呈放射狀向四周發(fā)散運動;在焊縫區(qū)馬氏體板條之間的細碎相之間,位錯聚集嚴重,說明細碎相也易成為位錯萌生的源區(qū),從而成為疲勞裂紋形核的源區(qū);在焊縫區(qū)馬氏體板條寬度越窄,位錯聚集密度越高,易成為疲勞裂紋萌生的位置。此外,tem觀察證實了裂紋尖端存在一定尺寸的塑性變形區(qū)。通過焊接接頭分區(qū)的tem對比分析,獲得焊縫區(qū)比母材區(qū)更易萌生疲勞裂紋的相關證據(jù)。

選用合理的電子束釬焊工藝參數(shù),獲得了良好的釬焊接頭。用掃描電鏡和能譜分析儀對釬焊接頭的顯微組織進行了分析。結果表明,釬料區(qū)主要是固溶體組織;母材區(qū)除了奧氏體組織外,存在銅元素的擴散。

通過對ta17/0cr18ni9ti相變超塑性擴散焊接頭拉伸斷口的觀察分析,研究了其接頭的組織結構,斷裂機制。分析表明,在焊接過程中,由于鈦合金/不銹鋼兩側的ti、fe、cr等原子的互擴散,在接頭界面處形成了β-ti、feti、fe2ti、σ等物相。由于界面處缺陷的存在以及鈦合金側拉向殘余應力的存在,使拉伸斷裂主要發(fā)生在β-ti和feti中。分析還發(fā)現(xiàn),接頭對缺陷很敏感,焊接端面上的倒角、劃痕及孔洞會使接頭的強度降低。

用電弧焊和埋弧焊對17mnnivnbr鋼板進行了對接焊,并對焊接接頭進行拉伸、沖擊、落錘及裂紋尖端張開位移試驗,用光學顯微鏡觀察了焊縫和熱影響區(qū)的顯微組織。結果表明:焊后經(jīng)(570±15)℃×1h熱處理后,焊接接頭綜合性能優(yōu)良,可滿足國標的要求;焊縫組織由先共析鐵素體、針狀鐵素體和顆粒狀貝氏體組成,粗晶熱影響區(qū)組織為粗大的貝氏體。

1 國內(nèi)外電子束焊接技術研究現(xiàn)狀 摘要綜述了電子束焊接技術的國內(nèi)外研究發(fā)展動態(tài)。簡述了電子束焊接基本 原理及國內(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 的研究方向。 關鍵詞電子束焊接 0引言 隨著全球工業(yè)化步伐的加快及現(xiàn)代科學技術的突飛猛進,焊接這門古老而現(xiàn) 代的技術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,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,為了適應工業(yè)發(fā)展及技術進步的需要,先后產(chǎn)生了埋弧焊、電阻焊、電 渣焊及各種氣體保護焊等一系列新的焊接方法。進入20世紀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也陸續(xù)應用到各工業(yè)部門,使焊接技術達到了一個新的水 平。特別是近年來,航空、

**資訊http://www.***.***