钛合金激光焊及其接头的显微组织与力学性能

采用光纤激光器对3.5 mm厚TC4合金板材进行焊接,并对焊接接头的显微组织与力学性能进行分析测试,确定了试验条件下的最佳激光焊参数。结果表明,焊缝熔合区组织主要为针状α′马氏体及少量β相,热影响区由α相及少量α′马氏体组成;接头区域的显微硬度在熔合区变化平缓,而热影响区的硬度下降明显。在激光功率为4.0 kW、焊接速度为3.0 m/min时,获得接头的力学性能最佳,焊缝强度与母材本身的强度接近。接头拉伸断口表面存在大量韧窝,呈明显的韧性断裂特征。     

深潜器用Ti80厚板电子束焊接接头组织性能研究

采用电子束焊接方法焊接深潜器用56 mm厚Ti80合金,并对焊接接头的组织结构和力学性能进行研究。结果表明,焊接接头成形良好,无缺陷;焊缝组织为马氏体α相和残余β相组成的网篮组织;熔合区界线明显,过热区十分窄;热影响区组织由初生α相、马氏体α相和β相组成;焊接接头各区域显微硬度值分布不均匀,由焊缝至母材显微硬度值逐渐下降;拉伸断裂发生在远离焊缝的母材处,接头抗拉强度为935.3 MPa,大于原始母材的911.8 MPa;焊缝冲击吸收功为36.3 J,由焊缝至母材冲击吸收功值逐渐增大,接头各区域冲击断裂方式均为韧性断裂。     

40mm厚TC4钛合金窄间隙激光填丝焊接头组织及性能

利用窄间隙激光填丝焊接工艺完成了40 mm厚TC4钛合金的焊接,通过OM、SEM、EDS、XRD、EBSD等测试方法对接头各区域进行微观组织和结构分析,并测试了其力学性能.结果表明,焊缝截面整体成形良好,无明显未熔合与气孔缺陷.接头三个区域的显微组织相同:焊缝柱状晶内部分布着密集排列的针状α'马氏体和弥散分布的颗粒状的αg相,同一β晶粒内部α'择优取向,大角度晶界比例较高.焊缝中心各区都是典型的α'+β双相结构.热影响区为过渡态组织,越靠近焊缝侧,其组织形态与焊缝处越相似,焊接过程中Al元素向热影响区发生了扩散.焊接接头焊缝区整体硬度高于母材,盖面区最高,平均值约为380HV.接头的抗拉强度最大值为954 MPa,拉伸试样均断在母材,断口为韧性断裂,接头各区室温冲击性能均低于母材.     

12 mm厚TC4钛合金激光-MIG复合焊接头组织与性能研究

目的 探究TC4激光-MIG复合焊接头显微组织与基本力学性能之间的联系,分析接头不同区域的断裂行为。方法 利用激光-MIG复合焊制备TC4钛合金对接接头,采用光学显微镜和扫描电镜观察接头焊缝区、热影响区及母材的显微组织,在室温下进行了显微硬度测试、拉伸性能测试与断裂韧性测试,并对试样断口进行了观察分析。结果 接头的焊缝区组织为粗大的β相柱状晶,晶内纵横分布着αʹ针状马氏体和针状α相,靠近焊缝一侧的热影响区则由针状αʹ相、α集束与少量细小的块状α相构成。随着远离焊缝中心,母材侧热影响区组织转变为块状的α相、少量α集束及初生β相,并最终趋于与母材组织相似。热影响区的显微硬度值达到最大,这是因为该区域存在比焊缝区更为细小的针状αʹ相。接头的平均抗拉强度和断后伸长率分别为1 020.22 MPa和7.38%。接头在拉伸时主要在焊缝区发生断裂。焊缝区展现出比母材区和热影响区更优异的断裂韧性,平均值为87.14 MPa.m^1/2,焊缝区内纵横交错的网篮组织与集束是其断裂韧性较高的主要原因。结论 在TC4钛合金的激光-MIG复合焊过程中,针状α相和αʹ马氏体的存在会提高焊缝的显微硬度和断裂韧性,但相较于母材塑性没有提升,通过调控焊缝区显微组织结构,可以获得所需性能的接头。     

超窄间隙激光焊接TC4钛合金接头组织及性能研究

以TA2为焊丝,采用超窄间隙激光焊接方法焊接了10 mm的TC4钛合金板,间隙为2 mm。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和拉伸试验机分析了TC4钛合金接头的组织与性能。结果表明,选取合适的工艺可以实现TC4钛合金超窄间隙激光填丝焊接,获得无缺陷的焊接接头。接头由母材、热影响区、熔合区、焊缝组成,界线清晰。其中热影响区为网篮状组织,焊缝由大β晶粒组成,大晶粒内部为杂乱的α+α′相针状组织,热影响区晶粒明显细化。由于超窄间隙的啮合效应,接头最大抗拉强度为893 MPa,达到母材的84.7%,断裂位置在焊缝中心。焊缝区和热影响区的显微硬度高于母材,且在热影响区的显微硬度最大,接头整体显微硬度呈马鞍状分布。     

Ti17合金电子束焊接接头的性能及组织分析

分析了Ti17合金真空电子柬焊接接头的显微组织结构及其显微硬度分布规律，并结合室温和高温拉伸试验结果分析了焊接接头的力学性能。结果表明，用电子束焊接方法焊接的Ti17合金其焊缝区和热影响区显微组织为β相基体上分布着细长针状α相，母材为典型的α＋β双相网篮组织，焊后焊缝晶粒细化，焊接接头的焊缝区硬度最高，焊缝的抗拉强度和缺口敏感性均高于母材。     

7075高强铝合金激光填丝焊接组织与力学性能研究

采用光纤激光器对4mm厚的7075铝合金进行激光填丝焊接,对焊接接头的显微组织、相结构、断口形貌、力学性能进行观察和分析。结果表明:焊缝(FZ)边缘组织为柱状枝晶组织,焊缝中心为等轴晶组织;热影响区(HAZ)保留了母材(BM)的轧制长条状形态,但晶粒有所长大。母材的相组成主要为α-Al固溶体、S-Al_2CuMg强化相和η-MgZn_2强化相,焊缝无强化相析出。焊缝区硬度值为各区中最低,热影响区显微硬度呈阶梯式增长。焊接速度为2~4m/min的接头拉伸试样均在焊缝处断裂,抗拉强度最大为母材的67.5%。接头拉伸试样均出现了颈缩现象,断口由大量的等轴状韧窝构成,为韧性断裂。     

TC4钛合金热丝钨极氩弧焊接头组织性能研究

对TC4钛合金热丝钨极氩弧焊(hot-wire-TIG)焊接接头组织与性能进行研究,采用金相显微镜观察焊接接头各区域的微观组织特点,并对接头显微硬度和力学性能进行了测定。结果表明,钛合金热丝TIG焊接接头内部无焊接缺陷,焊缝性能优良;焊缝为典型的铸造组织,由粗大的柱状晶和少量等轴晶组成,晶粒内部可以看到细长的针状α′相;热影响区形成粗大的等轴晶粒,其组织主要有细针状α相和残余β相构成;焊接接头的抗拉强度均值为924 MPa,与母材相当;热丝TIG焊缝冲击功较母材提升明显,基本达到母材的1.5倍以上,最大达到66 J;焊缝冷弯角度达到指标要求。     

Ti40阻燃钛合金电子束焊接头组织与力学性能

采用不同工艺参数对2 mm厚Ti40阻燃钛合金进行电子束焊接(EBW),通过金相分析、电子探针(EPMA)、室温拉伸以及显微硬度测试对Ti40阻燃钛合金电子束焊接接头的显微组织和力学性能进行分析.结果表明,焊缝中分布着晶粒内部有片层状组织析出的β柱状晶和少量等轴β晶粒,熔合线到焊缝中心晶粒逐渐细化,无明显热影响区.接头中易产生气孔、裂纹等缺陷,通过添加直线扫描波形能够有效地控制焊缝气孔缺陷,从而提高接头的强度.添加直线扫描波形电子束焊的Ti40阻燃钛合金的抗拉强度仍可达到917 MPa,断口呈现出脆性断裂与韧性断裂的混合特征,焊缝区的硬度高于母材,其最大值为376HV.     

33mm厚TC4锻件电子束焊接接头组织与性能

对33 mm厚TC4锻件进行了电子束焊接试验,在合适的工艺参数下得到了无内部缺陷、正反面成形良好的接头。室温下对该接头的显微组织、显微硬度和力学性能进行了测试。结果显示,焊缝处、热影响区组织主要是由β转变基体和α'形成的马氏体组织,焊缝处晶粒粗大,热影响区处马氏体细小分布不均;焊缝处硬度略低于母材处硬度,接头整体硬度分布均匀,无明显弱化区域;接头焊缝处屈服强度略低于母材,抗拉强度达到956 MPa,焊缝处冲击值KV2达到56 J,焊缝具有良好的韧性。     

Ti700sr高温钛合金TIG焊接接头组织及性能研究

采用TIG焊接方法对Ti700sr高温钛合金板材进行了焊接,研究了接头的组织形貌、硬度分布及力学性能。结果表明,Ti700sr高温钛合金板材焊接后的接头成形良好,焊缝区组织由粗大的柱状晶及细长的针状α相构成,热影响区组织由细针状α和残余β相构成,热影响区析出相得到有效控制,相边界上无明显硅化物析出;焊接热影响区的硬度相对较高,焊缝的硬度相对较低;接头室温抗拉强度约为903 MPa, 700℃高温抗拉强度为397 MPa,焊缝强度低于母材的。      

TC4钛合金线性摩擦焊接头的组织与硬度分析

采用线性摩擦焊焊接TC4钛合金,对焊态下接头的显微组织及硬度进行了分析与测试。结果表明：焊接接头可分为母材区、热机影响区和焊核区。热机影响区组织由母材至焊核区依次为等轴α相和层片状（α＋β）相沿受力方向被拉长组织、纤维状组织中伴有等轴状α和层片状（α＋β）再结晶晶粒、针状α’和少量的α再结晶组织。焊核区组织为针状α’,而且纵向由中心至边缘组织逐渐粗大。垂直于焊缝方向由母材过渡到焊缝中心硬度逐渐由360HV增大到390HV左右,焊核区纵向硬度由中心向边缘逐渐减小到330HV左右。     

异种高熵合金CuCoCrFeNi和AlCoCrFeNi的激光焊接头组织和性能研究

为开展异种高熵合金激光焊接性研究,采用光纤激光对1.2 mm厚的异种高熵合金CuCoCrFeNi和AlCoCrFeNi实施了对接焊试验,利用金相观察、EDS、XRD和显微硬度计等方法对接头组织和性能进行测试.研究表明:在经历焊接热循环后,HAZ的金相组织没有发生明显变化;在FZ附近发现两种不同类型的显微组织(柱状晶和胞状晶),WM中心区由等轴晶组成;WM区内各元素均匀分布,FZ附近区域焊缝晶界处存在Cu、Al元素的偏聚,与母材相比,该偏聚现象明显减弱;焊缝横截面的显微硬度略高于CuCoCrFeNi合金,远低于AlCoCrFeNi合金;异种接头拉伸试样断裂位置发生在AlCoCrFeNi合金母材处,接头的抗拉强度σb为166 MPa,断口形式为解理断裂,其断口形貌为扇形花样与河流状花样(无撕裂棱).与母材组织相比,焊缝区晶粒明显细化,且焊缝仍为高熵合金.     

Effect of electron beam welding on the microstructures and mechanical properties of thick TC4-DT alloy

Electron beam welding (EBW) was applied to 50 mm thick damage-tolerant Ti–6Al–4V (TC4-DT) alloy, and microstructure, microhardness and tensile properties of the defect-free welded joints were examined. The results indicated that the microstructure of the base metal is composed of primary α phases and the lamellar (α + β) bimodal structure. For the EBW joint, martensite basketweave microstructure is formed in fusion zone (FZ). Moreover, the heat affected zone (HAZ) near FZ consists of acicular martensite and a small portion of primary α phase. The HAZ near base metal consists of primary α phase and transformed β containing aciculate α. It is found that the boundary of the two portions of the HAZ was dependent on the β phase transus temperature during weld cooling. Microhardness values for FZ and HAZ are higher than that of base metal, and there are the peak values for the HAZ near the weld metal. The fracture locations of all the EBW tensile specimens are in base metal, and the ultimate tensile strength of the joints may reach about 95% of the base metal. In addition, with the depth increasing along the weld thick direction, the grain size of the FZ decreases and microhardness increases.     

热成形淬火对QP1180/22MnB5激光拼焊板组织与性能的影响

目的 对QP1180和22MnB5激光拼焊板进行热成形试验,以解决超高强钢板材焊后的软化问题。方法 选择QP1180和22MnB5异种高强钢作为母材进行激光自熔焊,对焊后的激光拼焊板进行热成形试验,通过体式显微镜、扫描电子显微镜、液压拉伸试验机和维氏硬度计等手段,分析热成形前后激光拼焊板微观组织和力学性能的变化。结果 与焊态拉伸试样相比,热成形试样抗拉强度提高了135%,断后伸长率降低了55%,拉伸试样都在22MnB5母材处断裂,均为塑性断裂。在热成形后,对焊接接头进行组织分析,发现QP1180母材区马氏体含量增加,22MnB5母材区和临界热影响区组织由珠光体和铁素体转变为马氏体,焊接接头热影响区各亚区的组织均转变为大小不同的板条马氏体。硬度测试结果表明,焊态试样焊接接头的QP1180临界区存在软化现象,硬度值最低为335HV,22MnB5侧硬度值由母材处向焊缝升高,母材硬度最低为170HV;而在热成形后,QP1180临界区软化现象消失,硬度值趋于平缓,22MnB5母材处硬度比焊态试样硬度高了2倍。结论 与焊态试样相比,经热成形后激光拼焊板的焊后软化问题得到了解决。     

汽车高强钢SG1000激光复合焊接力学性能研究

目的 针对汽车高强钢SG1000焊接接头恶化等问题,研究了SG1000激光复合焊接的力学性能。方法 选用等强匹配焊丝MG90-G对高强钢SG1000进行激光复合焊接,对焊接接头进行拉伸和低温冲击韧性试验,并结合扫描和硬度监测等手段对焊缝组织和断口形貌进行分析。结果 由于激光的预热作用,高强钢SG1000激光复合焊接成形件的焊缝美观,焊接过程稳定可靠,焊接熔池深度较大,有效改善了传统焊接的咬边、飞溅、气孔等缺陷。焊缝组织主要由板条马氏体和奥氏体晶粒组成,热影响区的过热区内部板条马氏体和奥氏体晶粒比较粗大,而焊接母材主要为细小的板条马氏体和奥氏体晶粒。焊接拉伸断口主要为细小且较浅的韧窝,且韧窝底部存在第二相粒子及夹杂物,焊接拉伸断口断裂于热影响区且微观形貌为韧性断裂;冲击微观形貌主要由准解理小平面及河流花样组成,且存在一定数量大小不一的韧窝交错分布,焊接冲击断口断裂于热影响区且微观形貌也为韧性断裂。结论 焊缝热影响区的晶粒比非热影响区的晶粒粗大,拉伸和冲击断裂均发生于热影响区;随着激光功率的增大,复合焊接接头的力学性能呈现逐渐增强的趋势;随着焊接速度的增大,复合焊接接头的力学性能呈现先增强后削弱的趋势。高强钢SG1000激光复合焊接最佳工艺参数如下:激光功率为9.5 kW,焊接速度为0.8 m/min,对应屈服强度为1 072 MPa,抗拉强度为1 175 MPa,断裂伸长率为13.5%,冲击断裂吸收的能量为30.8 J、焊缝中心显微硬度为342 HV。     

钛-铝异种合金电子束焊接接头组织与性能研究

采用电子束焊接方法对厚度为2.5 mm的Ti6321钛合金板材和5083铝合金板材进行了对接焊接试验,并进行了力学性能、显微组织测试。结果表明,焊缝的钛侧及其热影响区组织主要是α'相和原始α相混合形成的马氏体组织,铝侧主要为粗大柱状晶组织,钛铝焊缝交界处析出少量Ti Al金属间化合物;焊接接头的拉伸强度约为219 MPa,接头断裂位置主要在铝侧焊缝位置,部分在钛铝两侧焊缝交界处的Ti-Al金属间化合物上。     

Q960E超高强钢焊接接头组织和性能研究

目的 对Q960E超高强钢的焊接工艺进行研究以获得高强高韧的焊接接头。方法 选择超高强钢Q960E作为母材、FK1000ER120S–G焊丝作为填充材料进行MAG焊,采用改变焊接电流的方式来研究焊接热输入对焊接接头组织和性能的影响。结果 当焊接电流为155～230 A时,均获得了全焊透无明显缺陷的焊缝。随着焊接热输入的增大,焊接接头中各亚区宽度增大,其中焊缝区变化最为显著,在最小热输入条件下焊缝宽度为3.98 mm,在最大热输入条件下焊缝宽度增至5.53 mm。对焊接接头进行组织分析发现,焊缝组织主要为针状铁素体和板条马氏体;完全相变区组织主要为板条马氏体;未完全相变区组织主要为回火马氏体和部分重结晶形成的马氏体。硬度测试表明,在热影响区的回火区发生了软化现象,最低硬度仅为290HV;在完全相变区发生了硬化现象,硬度最大值可达500HV。在不同热输入条件下,焊接接头各亚区硬度变化趋势一致,焊接接头抗拉强度为995～1 076 MPa,拉伸试验均断裂在热影响区,断后伸长率为9.33%～10.21%,断裂时存在颈缩现象,为韧性断裂。随着热输入的增加,粗晶区马氏体板条束宽度增大,未完全相变区...     

Influence of an electric field on the microstructures and properties of the friction-welded joint of LY12 alloy

By means of microstructure observation, hardness test and torsion strength test, some characteristics of the friction welded joint undergoing an external electric field have been studied quantitatively. The recrystallization grain size in the weld metal zone (WMZ) decreases when the external electric field is applied. The equiaxed grains in the dynamic recrystallization zone (DRZ) increase and the equiaxed characteristic of recrystallization grains in the DRZ is enhanced. The microstructure of the welded joint along the axial direction becomes more homogeneous. When the same friction welding parameters are applied, the electric field causes an increase in the width of the DRZ. Moreover, the external electric field effect leads to the hardness of the welded joint increasing, and also homogenizes the hardness distribution along the radial and axial directions. In addition, the average torsion ductility of the weld metal increases in the case of applying the external electric field.     

Texture and its effect on mechanical properties in fiber laser weld of a fine-grained Mg alloy

A fine-grained Mg alloy was fiber-laser welded, and microstructures and texture in the welds were extensively examined, together with the effect on mechanical properties. Fusion zone, which has lower hardness than BM and HAZ, consists of columnar grain zone and equiaxed grain zone with coarser grains. Strong texture with the same orientation as base metal forms at columnar grain zone. With decreasing welding heat input, yield strength of the welded joint increases due to the finer microstructures; however, ultimate tensile strength as well as elongation decreases because of the deterioration in deformation capacity induced by the diminishment of the width of equiaxed grain zone.