Al-Mg铝合金电子束焊接头组织及性能研究

采用电子束焊对3 mm厚的5A06铝合金进行了焊接,对焊接接头的焊缝形貌、显微组织和力学性能进行了测试分析。结果表明,电子束焊能量密度和焊接热输入对焊缝形貌、组织和性能产生重要影响;随着聚焦电流和焊接热输入增加,焊缝熔宽逐渐变大,热影响区逐渐变宽;电子束焊缝中心组织为均匀的细小等轴晶,没有明显的方向性,沿熔合线附近生成细等轴晶带;随着焊接热输入增加,焊缝中Mg元素含量减小,焊缝晶粒尺寸变大,导致焊接接头力学性能下降。

接头性能差异对Zr-Sn-Nb合金电子束焊接头残余应力的影响

为了提升Zr-Sn-Nb合金电子束焊残余应力计算精度,对Zr-Sn-Nb合金及焊接接头热物性参数与力学性能进行测量,研究接头性能差异对电子束焊接头残余应力影响规律,建立了电子束焊复合热源模型,采用热弹塑性有限元方法对4.45mm厚Zr-Sn-Nb合金电子束焊应力进行数值模拟,并进行焊缝形貌验证.结果表明,考虑焊缝与母材属性差异时,试板上表面焊缝及热影响区区域的横向残余应力峰值高于二者属性相同时的模拟结果,峰值分别为319 MPa和296 MPa,进一步考虑热影响区属性与母材及焊缝差异对接头残余应力影响不大,峰值纵向应力为318 MPa.

Ti2AlNb钛合金电子束焊温度场与应力场有限元分析

基于有限元软件,采用高斯面-高斯旋转体复合热源深入研究了Ti2Al Nb钛合金电子束焊接头的温度场和残余应力场。结果表明:当电子束流为10 m A,焊接速度为360 mm/min时焊接接头成型较好,优先采用较大电子束流易形成熔宽较大的焊缝。焊缝内部应力为复杂三向应力状态,残余应力以纵向拉应力为主,集中分布于距焊缝中心3.5mm范围内。焊后最大等效应力为635 MPa,小于材料屈服强度,较为安全。

3种典型航空齿轮钢电子束焊接头微观组织与力学性能

齿轮轴的高质量焊接是影响直升机功重比和服役性能的关键,论文探讨了电子束焊接过程对中国三代典型的齿轮钢材料(9310,16Cr3NiWMoVNbE和CSS-42L)的微观组织与力学性能的影响。结果表明,3种齿轮钢基体组织均为细小针状马氏体,而电子束焊缝则显著粗化,尤其9310焊缝晶粒长大明显,CSS-42L热影响区在电子束热作用下变化显著,从焊缝边界到母材可分为4种不同形貌的组织,呈现出极端不均匀的现象。9310和16Cr3NiWMoVNbE焊缝显微硬度明显高于基体,而CSS-42L焊缝显微硬度则显著低于基体;3种焊接接头显微硬度最低值均出现在热影响区,表明热影响区是整个结构最薄弱区域,力学性能测试结果也充分表明了这一结论。3种齿轮钢电子束焊接头拉伸断裂全部发生在热影响区,强度较基体稍有下降;断裂之前发生了明显的颈缩现象,塑性下降不显著。CSS-42L性能显著优于9310和16Cr3NiWMoVNbE,CSS-42L电子束焊接头强度也高出9310焊接接头强度50%,塑性更加显著,高出超过20%。研究结果为直升机传动系统制造提供科学依据。

铝-钢非对称双束电子束焊温度场数值模拟研究

为了研究铝-钢异种金属电子束焊温度分布情况,基于有限元MARC软件建立了6061铝合金/Q345钢异种金属非对称双束电子束搭接焊的数学模型,模拟了不同电子束能量分配率对铝-钢异种合金焊接的作用和焊接接头处的温度场分布。通过计算模拟得到了不同电子束能量分配率的温度场分布云图、试件表面特征点的热循环曲线及电子束能量分配率对熔宽的影响。结果表明,随着电子束能量分配率增大,焊缝横截面模拟得到的熔化宽度减小,双束最高温度之间的差值越来越大,其中能量分配率为6∶4时熔化宽度和双束温度场均匀,为最佳。

2A14-T6铝合金厚板电子束焊接头的显微组织及力学性能

对24 mm厚2A14-T6铝合金板开展了电子束焊接试验,获得了最佳的焊接工艺参数。结果表明:接头变形小、深宽比大,探伤结果为I级。接头各微区组织具有差异性,焊缝中心组织为树枝晶,近熔合线处的焊缝组织为柱状晶,热影响区组织为粗化的扁长纤维状组织,沉淀强化相颗粒增多,过时效区组织与母材相近,均为扁长纤维状组织。焊缝区晶粒内有少量沉淀强化相,晶界上存在由铜、硅等元素与基体相形成的共晶相,呈网络状分布;母材区有细小的Al_(2)Cu沉淀强化相及呈条状分布的大块共晶相。焊缝区显微硬度最低,热影响区硬度随距焊缝中心距离增大先上升后下降,母材区的最高。接头的平均抗拉强度和断后伸长率分别为387.7 MPa和3.4%,微观断口有撕裂棱和少量大而浅的韧窝,为脆性为主的韧脆混合型断裂。

GH4099合金隔板真空电子束焊工艺探究

文中以燃气轮机典型零件GH4099合金隔板真空电子束焊为例,通过开展GH4099合金的电子束焊关键工艺参数、电子束焊接工艺过程控制重点等方面的探索与研究,确定适用于GH4099合金隔板的电子束焊工艺,避免GH4099合金焊缝易开裂问题的发生,提高产品的一次焊接合格率,减少制造返工,从而达到降低GH4099合金隔板的生产制造成本和缩短制造周期的目的。

45钢电子束焊接头组织及显微硬度分析

采用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、维氏硬度计等设备分析了45钢焊接接头组织转变及显微硬度,结果表明:采用真空电子束焊接45钢时,焊缝成形好,接头不同区域均无裂纹产生;其中母材区域组织为铁素体+珠光体;热影响区域中靠近母材一侧组织为网状铁素体+细珠光体,硬度为255HV;受热输入影响,靠近焊缝一侧晶粒长大,并产生粗大的片状马氏体组织,使硬度升高为324HV;焊缝区域中根部由于冷速较快组织为均匀细小的针状马氏体,硬度最高,为719HV;随着冷却速度的减慢,焊缝区域从根部至头部变化时,组织由针状马氏体逐渐转变为团絮状托氏体,硬度显著降低,变为341HV。

有限元仿真结合显微组织分析CLAM钢电子束焊缝开裂原因

以焊接模拟软件SYSWELD为平台,采用双椭球+圆锥复合热源模型对100 mm×40 mm×45 mm的低活化马氏体(CLAM)钢对接焊缝进行不同预热温度的电子束焊接模拟研究,并通过对焊缝显微组织观察,对CLAM钢的电子束焊缝开裂问题进行分析研究。仿真分析结果表明:预热温度由20℃升高至400℃时,熔池宽度有增大的趋势,热影响区范围有所增大,温度梯度减小;焊后残余应力从150℃开始减小明显,300℃之后增大明显,焊后残余应力呈先减小后增大趋势,获得最小焊后残余应力的预热温度是200℃;由20℃升高至220℃时,焊后最大变形量波动幅度大,预热温度由230℃升高至400℃时,焊后变形量开始缓慢减小,焊后最大变形量呈波动递减趋势。焊接试验结果表明:在焊缝处不添加任何异种金属塞片时,焊前不预热的情况下容易在焊缝处产生冷裂纹,焊前预热200℃的情况下焊缝无裂纹;在焊缝中间夹GH625镍基塞片时,容易在铁基与镍基的相分界线处开裂,同时镍基焊缝容易产生高温热裂纹;在焊缝中间夹316L不锈钢片时,容易在焊缝中心产生高温热裂纹。

真空电子束焊CAPP系统的研究

采用面向对象编程技术开发实现了电子束焊接的工艺设计以及相关文档的编制、管理;以Oracle数据库为底层,建立了电子束焊接数据库,实现了电子束焊接工艺数据的存储和管理。系统确保了电子束焊接结构的质量和性能,缩短了确定焊接参数的周期,提高了工艺文档管理水平和效率。

AF1410钢大厚度焊缝的真空电子束焊工艺研究及质量控制

现代飞机起落架高寿命、高可靠的特点促使了各种新材料特别是超高强度钢、钛合金等材料在起落架上的广泛应用,其中A100、300M、AF1410(16Co14Ni10Cr2Mo)等超高强度钢的应用尤为突出。此类超高强度钢在起落架系统中通常采用整体模锻件机械加工的方式,并且因为这些超高强度钢焊接性能较差,很少有采用焊接加工的。主要探讨的是AF1410(16Co14Ni10Cr2Mo)钢大厚度的焊接工艺研究及质量控制。

高性能陶瓷复合材料的高温电子束焊接参数研究与系统设计

本课题旨在探究高性能陶瓷复合材料在高温环境下的焊接特性,并基于此开发出一种高效率的焊接系统。随着工业化进程的不断加快和技术水平的提高,高性能陶瓷复合材料的应用越来越多样化,其应用领域也日益广泛。该焊接系统具有较高的可靠性和稳定性,能够满足工业生产的要求,为高性能陶瓷复合材料的焊接提供有效的解决方案。然而,由于其脆性较高,使得其加工难度较大,特别是在高温下进行焊接时更是如此。因此,我们需要针对这种材料的特点,研发出一套高效率的焊接系统,以满足现代制造业对高质量产品的需求。

电子束焊在R0110重型燃机制造中的应用

电子束焊是一种高能束焊接方法,具有特殊的工艺优势,在发达国家应用十分广泛。10多年来,随着我国工业的发展,电子束焊接技术在燃机工业也得到迅速发展,在许多燃机关键零部件制造中得到应用。

钛合金舵芯的电子束焊接工艺

叙述了钛合金舵芯的电子束焊接工艺试验研究过程。分析了舵芯蒙皮与骨架的接头形式不同所带来的影响以及焊接顺序对焊接变形的影响与变形控制问题。结果表明:真空电子束焊接的钛合金舵芯焊缝外观成形良好,内部质量好,焊接变形小,焊后构件的形位公差能够达到图纸要求,是焊接钛合金舵芯的一种优选方法。

TC4钛合金电子束焊接接头组织和性能

通过室温拉伸、室温缺口拉伸、显微硬度以及金相分析对TC4钛合金电子束焊接接头的显微组织和性能进行了研究。试验结果表明,用电子束焊接TC4钛合金可获得性能良好的焊接接头,其接头的抗拉强度不低于母材,焊缝的缺口敏感系数均小于1。焊缝区和热影响区的硬度均高于母材,焊缝组织是由较粗大的原始β相转变而成的α′相,即针状马氏体,热影响区组织为均匀且细小的针状马氏体和原始α相的混合物。

TA15钛合金电子束焊焊接接头力学性能

钛合金材料以及相关制造技术是实现飞机先进性的重要基础之一，电子束焊接是钛合金板材一种先进的焊接形式。对TA15钛合金板材电子束焊接试样进行了金相分析和静力试验、疲劳试验和扫描电镜（SEM）分析。结果表明，TA15板材电子束焊焊接接头的焊缝、热影响区和母材的微观组织差别明显；焊缝韧性降低，抗拉强度高于母材；热影响区尺寸较小，在1～2mm左右，是焊接接头的薄弱部位；疲劳裂纹大多萌生于焊接热影响区区域，疲劳破坏试样断口的SEN分析表明，疲劳裂纹大多起源于焊接热影响区的气孔处。

MGH956合金板材电子束焊和氩弧焊的接头组织与性能研究

对MGH956合金板材的电子束焊和氩弧焊接头组织及其室温～1100℃的拉伸性能进行了研究。采用光学显微镜和扫描电镜对接头组织和拉伸断口的检验结果表明:电子束焊和氩弧焊使母材中原有超细的氧化物弥散强化相明显粗化,接头组织中有更粗大、且取向与母材原始晶粒取向相垂直的晶粒生成,以及不可避免地留有孔洞。组织上的改变导致接头不仅800℃以上的高温强度明显降低,而且低温脆性倾向明显加剧。MGH956合金板材电子束焊和氩弧焊的接头组织和拉伸性能表明,电子束焊具有明显的优势,具备工程应用的潜力。

铜/钛合金电子束焊接工艺优化

研究了QCr0.8/TC4电子束焊接工艺及接头组织,由于铜合金热导率高而熔化量较小,以及焊缝中生成大量脆性金属间化合物相,因此对中焊时接头强度较低。采用偏铜侧进行非对中电子束焊接,接头抗拉强度随偏束量的增大而增高,偏束量为0.8mm时接头最高抗拉强度为270.5 MPa。断裂发生在TC4侧熔合线处,为脆性准解理断裂特征。偏铜焊时接头成形得到改善,焊缝包括熔合区及TC4侧反应层两部分。熔合区主要由铜基固溶体组成,硬度较TC4母材有所降低。反应层成分过渡较大,含有多种金属间化合物相。随着工艺参数的变化,反应层厚度也发生变化,从而对接头性能产生影响。

Ti-23Al-14Nb-3V合金电子束焊接接头的显微组织及力学性能

本文利用合适的电子束焊工艺参数在Ｔｉ２３Ａｌ１４Ｎｂ３Ｖ合金中得到了基本无缺陷的电子束焊件，焊件熔合区的组织主要为胞状晶，无显著的宏观偏析，热影响区的晶粒长大明显。熔合区和热影响区的硬度显著高于母材，焊缝中心区在整个焊缝部分硬度最低。对焊件接头的拉伸试验表明，熔合区和热影响区的强度较高，变形主要在母材进行，塑性变形特征明显，最高塑性指标达１０．７％，而熔合区为脆性解理断裂，塑性特征很少，解理裂纹起源于晶界或相界。最后，采用同样的焊接工艺实现了对试验零件的焊接。

镍基高温合金电子束焊缝形貌预测模型及其验证

针对深熔电子束焊特有的钉形焊缝形貌特征,在综合考虑了熔池和匙孔中能量吸收与再分布效应的基础上,建立了高斯面热源和圆柱体热源组合的移动热输入数值模型。进而利用ANSYS通用有限元软件,对镍基高温合金GH4133电子束焊的完全穿透和部分穿透焊接温度场进行了三维数值模拟,分析中考虑了辐射换热和温度相关材料性能的影响。两种情况下的预测结果与实际接头的焊缝金相轮廓吻合良好,证明了组合热源模型的有效性,为进一步开展热-力-组织多场耦合的准确分析提供了可靠的保证。