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(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(jìn)行了分析，并提出了預(yù)防措施。

采用統(tǒng)計(jì)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(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,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。

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(yīng)力場的三維有限元數(shù)值計(jì)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(yīng);材料的熱學(xué)、力學(xué)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(dǎo)率的變化實(shí)現(xiàn)。計(jì)算結(jié)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(yīng)力集中分布在焊縫中心線兩側(cè)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(yīng)力狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)得到的焊縫宏觀形貌和小孔釋放法檢測到的焊接殘余應(yīng)力對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算結(jié)果吻合較好,證明了有限元模型的正確性。

采用德國進(jìn)口3gnp400st交流縫焊機(jī)對鎂合金az31b進(jìn)行焊接試驗(yàn),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(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。

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(jìn)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(yīng)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(yīng)力在焊縫和熱影響區(qū)呈現(xiàn)較大的拉應(yīng)力,且對接焊試件的縱向應(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.

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

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（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。 在文中使用逗號代表十進(jìn)制標(biāo)記。 國家前言 本標(biāo)準(zhǔn)的出版印刷基于cen/tc121的一個決定，即接受iso5817國際標(biāo)準(zhǔn)作為一個歐洲的標(biāo)準(zhǔn)，并且 不加修改。 此次出版印刷，在德國的負(fù)責(zé)機(jī)構(gòu)是焊接標(biāo)準(zhǔn)委員會。 本標(biāo)準(zhǔn)的目的，是用來提供一種方法，為在多種應(yīng)用中對焊接頭進(jìn)行評估（例如鋼結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)為熔焊接頭和裝配質(zhì)量的評估提供了一個基礎(chǔ)。它假定實(shí)

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(jìn)行了研究,對接頭顯微組織、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.

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(jìn)行超聲沖擊消應(yīng)處理,并對比超聲消應(yīng)前后焊縫殘余應(yīng)力的變化。結(jié)果表明:鈦合金中厚板采用等離子焊接,焊后進(jìn)行超聲消應(yīng)處理,可有效改善焊縫的殘余應(yīng)力。

選用yg30硬質(zhì)合金與45鋼進(jìn)行電子束對接焊復(fù)合試驗(yàn),用掃描電鏡、波長分散x射線譜儀對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,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(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。

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(xué)性能進(jìn)行了研究。結(jié)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(qiáng)度σb、屈服強(qiáng)度σs和伸長率δ分別為1100mpa、800mpa和18%,達(dá)到了母材的90%、80%和80%。分層切片的力學(xué)性能下層最高,σb、σs和δ分別達(dá)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(yīng)用進(jìn)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(yàn)結(jié)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(jìn)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(xué)性能試驗(yàn),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(rèn)為,軟化是由于氫減弱晶格結(jié)合強(qiáng)度、加快位錯運(yùn)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(yùn)動所致.為恢復(fù)因氫降低的力學(xué)性能,應(yīng)進(jìn)行真空去氫處理.

通過對ti-6al-4v合金板材預(yù)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(jié)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(diǎn)呈放射狀向四周發(fā)散運(yùn)動;在焊縫區(qū)馬氏體板條之間的細(xì)碎相之間,位錯聚集嚴(yán)重,說明細(xì)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(shí)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(guān)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(jìn)行了分析。結(jié)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(kuò)散。

通過對ta17/0cr18ni9ti相變超塑性擴(kuò)散焊接頭拉伸斷口的觀察分析,研究了其接頭的組織結(jié)構(gòu),斷裂機(jī)制。分析表明,在焊接過程中,由于鈦合金/不銹鋼兩側(cè)的ti、fe、cr等原子的互擴(kuò)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(cè)拉向殘余應(yīng)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(qiáng)度降低。

用電弧焊和埋弧焊對17mnnivnbr鋼板進(jìn)行了對接焊,并對焊接接頭進(jìn)行拉伸、沖擊、落錘及裂紋尖端張開位移試驗(yàn),用光學(xué)顯微鏡觀察了焊縫和熱影響區(qū)的顯微組織。結(jié)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(biāo)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(shù)研究現(xiàn)狀 摘要綜述了電子束焊接技術(shù)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(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)到了一個新的水 平。特別是近年來,航空、

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