富氧α層對鈦合金直角接頭開裂的影響

采用脈沖加壓擴散連接工藝對ta17鈦合金與0cr18ni9ti不銹鋼進行了連接試驗。利用液壓萬能試驗機測試了接頭拉伸強度,分析了脈沖加壓擴散連接工藝參數(shù)對接頭強度的影響。結果表明:當連接溫度為1098k、脈沖最小壓力pmin=8mpa、脈沖最大壓力pmax=50mpa、脈沖次數(shù)為20次、脈沖頻率為0.5hz時,加熱速度vh=30k/s,冷卻溫度vc=5k/s,得到最高的接頭拉伸強度為293mpa,連接所用的有效時間僅為220s,實現(xiàn)了鈦合金與不銹鋼的高效良好連接。利用x射線衍射(xrd)及掃描電鏡(sem)分析了接頭組成相及斷口形貌,接頭界面主要存在β-鈦、fe2ti,feti,拉伸試驗中β-鈦的固溶體承擔了主要的拉伸力。

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。

研究了通過熱處理制度調整,在合金α片層之間形成細小的條狀次生α相,形成一種新型的鈦合金顯微組織——雙片層組織。通過對比等軸組織、雙態(tài)組織、片層組織和雙片層組織的性能,結果表明,在合金的強度和塑性不損失的條件下,雙片層組織進一步提高了裂紋在合金中的擴展阻抗,使得合金的斷裂韌性得到改善,疲勞裂紋擴展速率得到降低。雙片層組織提高了疲勞裂紋擴展路徑,使得大量的次生裂紋萌生。

鋁合金焊接過程中,氧化物對接頭性能的影響一直有很大的影響。本課題銑去對接面的氧化膜和不銑去對接面的氧化膜的鋁合金分別進行焊接試驗,研究焊縫中氧化物對接頭性能的影響。結果表明:焊縫中的氧化物對接頭的拉伸性能有影響,焊縫中的氧化物使接頭的強度下降。

綜述了鈦及鈦合金高溫釬焊結構在現(xiàn)代工業(yè)中的應用。在分析了鈦基釬料應用和發(fā)展的基礎上,重點分析了釬焊接頭的組織與接頭性能的關系以及影響因素。指明接頭組織中脆性金屬間化合物相的存在形態(tài)是決定接頭性能的主要因素,接頭間隙和釬焊時間決定了接頭的組織形態(tài),從而影響接頭的性能。鈦及鈦合金高溫釬焊接頭的拉伸性能、高溫性能和疲勞性能是優(yōu)越的,而接頭氧化后的性能急劇下降。并展望了鈦基材料連接的發(fā)展方向。

用ti-cu-ni,ti-cr-zr釬料在tig電弧加熱條件對ta2和ti-6al-4v鈦合金進行釬焊。結果表明:用ti-cu-ni釬料釬焊ta2和ti-6al-4v鈦合金的搭接接頭強度分別是418.3mpa和439.6mpa;用ti-cr-zr釬料釬焊ta2和ti-6al-4v鈦合金的搭接接頭強度分別是575.2mpa和656.1mpa。對ti-cu-ni釬料/母材界面分析認為固液異分化合物η相((cu,ni)ti2)生成時呈筍狀生長,嵌入釬縫對釬縫的強度提高有利。對ti-cr-zr釬料/母材界面分析,認為主要是固溶體β-ti(cr)存在提高了釬縫強度。

鈦合金/鋼異種金屬結構擴散連接技術所涉及的核心問題之一就是了解氧化及生成的金屬間化合物對接合界面組織和性能的影響及如何選擇中間層金屬。采用掃描電鏡、x射線衍射等分析手段,考察了以銅為對象的表面氧化物和生成的金屬間化合物對銅/鈦合金及鈦合金/銅/不銹鋼擴散連接界面的組織和性能的影響。結果表明:銅表面的氧化程度對接合界面金屬間化合物生成程度影響較大,在一定版芯的氧化極限內,表面氧化越強烈,生成的金屬間化合物越多,不利于接頭性能的提高;但金屬間化合物對接合界面組織和性能的影響較氧化物cuo本身對接合界面性能的影響大,是影響接頭強度的主要原因。直接作為鈦合金的中間過渡層的銅箔不宜過厚。

采用不同焊接工藝制備10crnisimncu鋼焊接接頭的腐蝕試樣,通過室內掛片和電化學測試,探討焊接工藝對焊接接頭腐蝕性能的影響。分析結果認為,接頭各區(qū)夾雜物、化學成分和微觀組織的差別,是導致接頭各區(qū)耐蝕性差異和不同種類接頭耐蝕性差異的重要影響因素;熔合區(qū)由于成分、組織的不均勻,微觀缺陷和焊接殘余應力的存在等促使該區(qū)容易發(fā)生溝槽狀腐蝕;焊接過程中輸入的線能量較高,是造成埋弧焊接頭的耐腐蝕性比其手工焊接頭好的主要原因。

利用agcu-1.8ti和agcu-4.4ti兩種釬料對nb與0cr17ni4cu4nb不銹鋼進行潤濕性研究,并釬焊nb與0cr17ni4cu4nb接頭。agcu-1.8ti在nb與0cr17ni4cu4nb上的潤濕角均小于agcu-4.4ti。分析接頭組織發(fā)現(xiàn),agcu-4.4ti釬料接頭中在靠近不銹鋼側存在約50μm寬的富ti層,而agcu-1.8ti釬料接頭中未發(fā)現(xiàn)該富ti層。利用氬弧焊將tc4與nb預先焊好后再用兩種釬料釬焊nb和不銹鋼,測定tc4/nb/0cr17ni4cu4nb接頭的室溫拉伸強度。數(shù)據(jù)顯示,agcu-1.8ti釬料接頭的室溫拉伸強度平均值達到222.2mpa,而agcu-4.4ti釬料接頭強度僅有133.8mpa,所有接頭均斷于nb與0cr17ni4cu4nb界面。

通過模擬空間熱循環(huán)試驗,研究了熱循環(huán)因素對lf6鋁合金焊接接頭斷裂機理的影響。結果表明,一定時間的熱循環(huán)會造成lf6鋁合金焊接接頭斷裂機理的改變,由未經(jīng)熱循環(huán)時的純剪切型斷裂,逐漸過渡成微孔聚集型斷裂。這是由于焊接熱影響區(qū)中的聚集、析出第二相粒子的熱膨脹系數(shù)與鋁合金母材相差很大,熱循環(huán)造成了基體與第二相之間的脫離,導致接頭性能劣化和斷裂機理的改變。

采用4種規(guī)格的攪拌頭進行了2a70-t6鋁合金t型接頭攪拌摩擦焊試驗,并對焊縫橫截面進行了觀察以及焊縫抗拉強度的測試。結果表明:焊縫中前進側熔合過渡區(qū)的金屬變形比返回側劇烈,焊縫斷裂往往發(fā)生在前進側;在相同的焊接參數(shù)下,單道焊縫的焊核寬度與抗拉強度隨著攪拌針直徑的增大而增大,但增大的幅度較小,并列焊的焊縫抗拉強度僅為單道焊縫的93%左右;為了獲取相同寬度的焊核,采用加粗攪拌針單道焊比并列焊更具有優(yōu)勢。

為了保證船艦在海水環(huán)境中擁有足夠的焊接強度和耐久性,選用船用鋁合金(5083-o)進行焊接試驗,模擬焊接接頭在海水中的耐腐蝕性能。采用高適應性的激光-熔化極惰性氣體保護焊復合焊接系統(tǒng),分別分析研究了激光功率、焊接電流、光絲距對鋁合金焊接接頭耐腐蝕性能的影響；利用型號為chi760d三電極化學工作站對不同焊接工藝參量下的鋁合金焊接接頭進行了腐蝕測試。結果表明,自腐蝕電流密度隨激光功率的增加呈先增大后減小再增大的趨勢,隨焊接電流和光絲距的增加均呈\"v\"形規(guī)律變化,即先減小后增大的趨勢；當激光功率為3.0kw、焊接電流為200a、光絲距為3mm時,接頭組織以等軸晶為主,且氣孔等缺陷較少,此時接頭微觀閉塞原電池效應微弱,自腐蝕電流密度最小,接頭耐腐蝕性能相對較好。該研究對深入理解鋁合金焊接過程中缺陷形成機理及提高接頭耐腐蝕性能是有幫助的。

通過拉伸試驗機、光學顯微鏡、掃描電鏡等研究了熱壓對az31b鎂合金鎢極氬弧焊焊接接頭拉伸性能和斷口形貌的影響。結果表明:熱壓后焊接接頭的抗拉強度和伸長率分別可達200mpa和10%,比焊態(tài)的分別提高了18%和67%;焊態(tài)接頭拉伸斷口以解理斷裂為主,呈現(xiàn)出較多的腳印狀小平臺,同時伴隨有少量韌窩;而熱壓后焊接接頭的斷口具有平臺撕裂畸變現(xiàn)象,可以觀察到熱壓塑性變形流變線,晶界表現(xiàn)出一定的滑動協(xié)調現(xiàn)象。

為了研究az31鎂合金的焊接性,對az31鎂合金板進行交流鎢極氬弧(tig)焊.試驗采用x-射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、光學金相顯微鏡對試樣的焊縫顯微組織進行分析,并對不同焊接電流下的試樣進行抗拉強度和硬度測試.研究發(fā)現(xiàn):隨焊接電流的增加,焊縫成形變差,晶粒逐漸粗化,同時易產生氣孔和裂紋等缺陷,使接頭性能降低;焊縫區(qū)由基體α-mg和附集于晶界的β-al12mg17兩相組成.結果表明:焊接電流對az31鎂合金接頭的熔池形狀及焊接質量有顯著的影響.

采用金相顯微鏡、電子顯微鏡、x射線能譜儀、顯微硬度、力學試驗等檢測手段,對ta17鈦合金/ag95cunili/0cr18ni10ti不銹鋼釬焊接頭的組織特征進行了分析。結果表明:釬縫中不銹鋼/釬料一側,形成了三層金屬間化合物釬縫組織;在鈦合金/釬料一側,形成兩個組織區(qū)域;同時,銀沿鈦合金晶間擴散;在凝固釬焊接頭的釬縫中,靠近不銹鋼一側出現(xiàn)了ti、cu的富集;靠近鈦合金一側cu原子的含量明顯升高,釬縫中心區(qū)基本上是純銀;釬縫中除不銹鋼/釬料擴散層外,其他各微區(qū)的顯微硬度并沒有增加;從釬縫斷口分析也證明釬縫中靠近不銹鋼一側是接頭最薄弱的位置。

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。

采用現(xiàn)代測試手段分析ta15鈦合金活性劑補焊接頭微觀組織特征,探討鈦合金焊縫采用活性劑多次補焊的可行性。結果表明:涂有活性劑補焊接頭各區(qū)域結合良好,熱影響區(qū)域小且與焊縫區(qū)過渡平緩,沒有出現(xiàn)明顯分界;涂活性劑焊縫區(qū)晶內組織并未因補焊次數(shù)的增加而粗大;焊縫接頭主要元素ti、al、mo、v和zr均分布均勻,沒有因采用活性劑而出現(xiàn)燒損和偏聚的現(xiàn)象;室溫下補焊焊縫組織由-αti組成;涂活性劑焊縫各補焊區(qū)硬度值接近,略低于正常焊縫區(qū)硬度。采用活性劑對鈦合金可以進行多次補焊并能夠獲得高質量焊縫。

鈦合金螺栓陽極氧化處理中出現(xiàn)顏色不一致現(xiàn)象,文中通過鈦合金螺栓加工原理進行了分析,并通過試驗驗證了產生原因,并制定了改進措施。

目前,在液壓系統(tǒng)中,對于有方向要求的管路連接,采用了如圖1所示的可調直角管接頭及其密封形式。這種結構空間布置緊、安裝方便、密封形式安全可靠。該管接頭由4個零件組成,當接人液壓管時,先將直角管接頭4擰到所需要的連接位置上,然后擰緊鎖緊螺母3,靠鎖緊螺母壓緊碟形墊圈2和0形密封圈1,起到密封作

采用ｖ＋ｃｕ復合夾層，對鈦合金ｔｃ４與不銹鋼１ｃｒ１８ｎｉ９ｔｉ擴散焊接頭的性能進行了試驗研究，結果表明：ｖ＋ｃｕ復合夾層可以有效地防止ｔｉ與不銹鋼中ｆｅ，ｃｒ，ｎｉ，ｃ的相互擴散和遷移，消除了ｔｉ－不銹鋼接頭中的脆性金屬間化合物和碳化物。接頭的性能與軟質中間層ｃｉ的相對厚度有關。

采用dn-100型固定式點焊機、金相顯微鏡研究了焊接電流對鋁合金接頭宏觀斷口和顯微斷口形貌、組織的影響規(guī)律。結果表明:隨著焊接電流的增大,斷口直徑依次增大。拉應力增加,熔核區(qū)的硬度均低于母材。

對a5083鋁合金焊接接頭進行拋丸處理，測試拋丸前后焊接接頭的表面殘余應力以及沿深度方向的殘余應力。研究結果表明，經(jīng)拋丸處理后，接頭的應力平均值均呈下降趨勢，拋丸前應力平均值絕大多數(shù)為正數(shù)，表示接頭應力為拉應力狀態(tài)，拋丸后接頭應力為負數(shù)，表示接頭應力變?yōu)閴簯顟B(tài)，殘余應力處于壓應力狀態(tài)有利于抑制裂紋萌生，改善結構的疲勞性能。拋丸對鋁合金焊接接頭殘余應力的影響在600gm左右，拋丸對焊接接頭的改善應力大小為180mpa左右。