30mm厚TC4钛合金电子束焊接头的高周疲劳与裂纹扩展速率

文中对比研究了30 mm厚TC4钛合金电子束焊接头和母材的高周疲劳性能,发现接头的高周疲劳性能与母材非常接近。在文中试验条件下,电子束焊接头在循环周次为2×10^(6)时的高周疲劳强度为474 MPa,达到母材的94.2%。观察电子束焊接头和母材的高周疲劳断口形貌,发现接头和母材的疲劳源均位于试样表面。疲劳裂纹扩展区都发现疲劳辉纹,相同载荷条件下,母材高周疲劳断口中辉纹的间距较小,约为1.49μm,电子束焊接头的相邻辉纹间距为2.14μm。在接头和母材的疲劳瞬断裂区还发现大量韧窝,呈现出典型的韧性断裂特征。文中还对比了母材、热影响区和焊缝区的疲劳裂纹扩展速率,发现热影响区的抗疲劳裂纹扩展性能最弱。分析认为,热影响区的高硬度是导致其抗疲劳裂纹扩展性能弱于其他区域的重要原因。

316LN不锈钢真空电子束焊接工艺试验

本文对30mm的316LN不锈钢进行了真空电子束焊试验。随后对典型工艺参数下焊缝组织在常温及77K低温下焊接接头的力学性能进行了研究。微观组织SEM观察的结果表明,316LN的电子束焊接接头均不同程度地出现了气孔。力学性能测试结果表明,77K下接头的强度系数为83%,室温下接头的强度系数则达87%。此外,显微维氏硬度测试结果表明,接头区硬度约为母材的80%。

波纹管与阀杆真空电子束焊接工艺研究

真空电子束焊接是一种能量集中、熔深较大的精密焊接方法。阀用波纹管壁厚较薄时,与阀杆或法兰焊接具有较大的困难,通过优化焊接接头,设计合理的焊接工装,消除波纹管与阀杆或法兰的配合间隙,采用真空电子束焊接,可以很好地解决这一问题。

薄壁舱体构件电子束焊接变形模拟分析与优化

大型、多焊缝的薄壁类航天舱体构件在电子束焊接后,存在焊后变形校正难的问题,模拟计算可以预测变形趋势并优化焊接工艺以获得最小变形量。该文对铝合金航天用舱体结构进行了焊接过程的数值模拟,采用平板结构进行了有限元模型的建立与校核,对舱体结构进行了建模,研究了焊接顺序、焊接工艺参数对焊后最大变形量的影响及构件焊后变形趋势。结果表明,构件整体弯曲变形,优先焊接2条纵缝会导致较大的变形量,热输入越大,构件焊后变形量越大。在达到6 mm熔深时,采用高焊接速度35 mm/s及较小的功率5.4 kW可以获得最小的焊接变形,为0.35 mm。该文为薄壁大型舱体结构焊接工艺参数优化提供了依据。

焊接次数对TC18钛合金中厚板电子束焊接接头组织及性能的影响

采用电子束焊接工艺对21 mm厚TC18钛合金板进行了1次与2次(在1次焊接焊缝处以相同工艺再次焊接)焊接试验,研究了焊接次数对接头组织、拉伸性能和硬度的影响。结果表明:2种焊接接头均成形良好,无明显缺陷;相对于1次焊接,2次焊接接头热影响区中的α′相增多,晶粒尺寸增大;焊接接头的抗拉强度高于母材,且2次焊接接头强度更高,但断后伸长率下降,断裂方式均为韧性断裂;1次焊接与2次焊接接头焊缝区的平均显微硬度分别为380,395 HV,均高于母材区,热影响区的平均显微硬度分别为360,350 HV,增加焊接次数提高了焊缝区硬度,降低了热影响区硬度。

Q345R电子束焊接接头的组织与性能

研究了Q345R真空电子束焊接接头的力学性能及微观组织,并与焊条电弧焊对接接头进行了对比。研究显示,真空电子束焊接接头的焊缝硬度显著高于母材及焊条电弧焊的焊接接头,低温冲击韧性大幅降低,原因在于电子束焊接过程中产生的贝氏体组织硬度较高且韧性较差。采用高温回火热处理减少贝氏体组织,可显著改善Q345R电子束焊接接头冲击韧性和硬度。

传感器常用材料电子束焊接研究现状综述

1Cr18Ni9Ti不锈钢、316L不锈钢、TC4钛合金和2A12铝合金是传感器最常用的材料。电子束焊接由于焊接速度快、可焊材料多、具有保护性等特点,是传感器生产制造过程中常用的焊接方法。本文介绍了传感器常用材料的电子束焊接研究现状,对1Cr18Ni9Ti不锈钢、316L不锈钢、TC4钛合金和2A12铝合金电子束焊接接头的显微组织、力学性能、焊缝强化方式进行了综述,并对传感器常用材料的电子束焊接前景进行了展望。

45钢特厚复合坯真空电子束焊接头裂纹倾向分析

采用真空电子束焊接方法封焊并制备45钢特厚复合坯,通过金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、维氏硬度计、冲击试验机等设备,分别分析了45钢复合坯封焊过程中不同位置(1#起弧处、2#中部、3#收弧处)接头组织与力学性能。结果表明,焊接位置由起弧处向收弧处变化时,接头熔深几乎不变,热影响区域面积逐渐减小。1#接头焊后冷却速度相对较慢,焊缝根部无裂纹产生,组织为针状马氏体与团块状托氏体混合物,硬度为588 HV,焊缝根部冲击性能为25.7 J,断口呈韧性断裂;2#及3#试样焊后冷却速度快,焊缝根部产生明显的穿晶裂纹,组织均为针状马氏体,随着焊后冷却速度的加快,马氏体数量增多尺寸变细;硬度分别升高至674 HV与729 HV,冲击性能下降,分别为18 J与13.7 J,并呈脆性断裂。

钼合金与低合金钢电子束焊接的力学性能研究

对TZM钼合金与30CrMnSi低合金高强钢进行电子束焊接试验,分析了焊接接头微观组织、界面结构以及接头力学性能。结果表明,束流偏向钢侧0.2 mm时,形成熔钎焊接头形式。在钼侧熔合线附近产生的界面区根据组织形貌与相组成划分为反应层Ⅰ与反应层Ⅱ,结合能谱、线扫描分析和XRD分析表明反应层Ⅰ由连续分布的Fe2Mo相构成,会显著影响接头力学性能。拉伸结果表明,断裂沿反应层Ⅰ位置处扩展,呈现出脆性断裂特征,极限拉伸强度为209 MPa。显微硬度结果显示,沿水平方向接头不同特征区域硬度值差异较大,存在针状马氏体的钢侧热影响区显微硬度值最高,达到687 HV。

真空电子束焊接转子组件的防锈方法

汽车零部件锈蚀是整车制造中常见的问题。真空电子束焊接转子组件作为新能源汽车驱动电机中重要的部件,其铁芯部分易生锈,如若防护不当,将会导致驱动电机通电不畅,转速下降,耗电量增加。严重者会导致真空电子束焊接转子组件和驱动电机报废,造成巨大的经济损失;更严重者会对新能源汽车行车过程造成安全隐患。本文主要讨论在非恒温恒湿环境下,通过多次工艺试验,最终得到了效果最佳,且符合安全环保的防锈方法。

软磁合金Cr17NiTi与不锈钢1Cr18Ni9Ti电子束焊接接头组织及性能研究

以某型号磁性功能组件的加工为背景,用电子束焊接工艺制备软磁合金Cr17NiTi/不锈钢1Cr18Ni9Ti异种金属焊接接头。用金相显微镜、扫描电镜及能谱仪、显微硬度计、软磁性能测试装置分析接头显微组织和性能。结果表明:接头X、Y焊缝区边缘的凝固组织主要为柱状晶,生长方向垂直于熔合线;而焊缝区中心组织主要为相对细小的等轴晶。在不锈钢/焊缝界面附近存在一个较窄的熔合过渡区,该区的细小铁素体无方向性,且不连续地分布在奥氏体基体上;而软磁合金HAZ的晶粒与焊缝边缘的铁素体晶粒呈联生结晶形式长大。由于接头X、Y热输入不同,导致接头X的凝固结晶模式为铁素体-奥氏体(FA)模式,接头Y的凝固结晶模式为奥氏体(A)凝固模式。接头X、Y焊缝中心细小的等轴晶使其显微硬度最高,而软磁合金HAZ粗大的晶粒使其显微硬度明显降低。电子束焊接试样的软磁性能均接近焊前水平,满足软磁性能的使用要求。

Ti_(2)AlNb合金电子束焊接头残余应力及变形的数值模拟

目的研究平板对接电子束焊接过程中Ti_(2)AlNb合金接头的残余应力及变形规律。方法采用高斯圆柱体和高斯面组合热源模型模拟了6.6 mm厚的Ti_(2)AlNb合金平板对接电子束焊过程,对比研究了高焊速高束流和低焊速低束流2种工艺参数下焊接接头的残余应力和变形分布规律,并用小孔法测量了焊缝中心及距焊缝中心10mm位置的残余应力值。结果在高焊速高束流参数下,获得了熔池体积小、熔池宽度窄(为3.62 mm)、深宽比高的焊缝;在该参数下焊缝横截面上的高应力集中区(应力在900 MPa以上)尺寸较小,其宽度仅为低焊速低束流参数下的89%;同时,在高焊速高束流参数下,焊缝法向变形最大值为0.79 mm,低于低焊速低束流参数下的0.82mm;模拟计算所得残余应力与实测值的误差在5.64%以内。结论高束流高焊速工艺具有热输入小、热量集中、加工效率高的特点,有助于获得高应力集中区域小、深宽比高、变形小的焊缝,比低束流低焊速工艺更具优势。

多次补焊对30CrMnSiNi2A电子束焊接头力学性能的影响

研究了多次补焊对30CrMnSiNi2A超高强度钢电子束焊接头力学性能的影响。通过对不同补焊次数的焊缝接头进行分层拉伸试验和冲击试验,研究了电子束补焊技术修复焊缝的可行性。试验结果表明:随着电子束焊补焊次数的增加,试板焊接残余角变形量单调增大,补焊1次、2次和3次的角变形量分别约为2.1°,4.0°和5.5°;多次补焊对接头的抗拉强度影响较小,不同补焊次数下强度变化幅度不超过1.5%,但随着电子束焊补焊次数的增加,接头整体塑性下降,接头冲击韧性单调降低。本文结果对30CrMnSiNi2A超高强度钢结构焊接生产具有指导意义。

水冷陶瓷增殖包层第一壁电子束焊接的模拟分析

作为中国聚变工程试验堆(CFETR)的候选包层的水冷陶瓷增殖包层(WCCB)的结构材料为低活化铁素体/马氏体钢(LAFM),WCCB采用电子束焊接(EBW)技术实现连接。第一壁(FW)是WCCB的重要组成部分,在FW的EBW过程中,有多种焊接工艺可供选择。通过有限元模拟,比较了两种不同焊接工艺(第一种为每条焊缝的第一次焊接从FW的同一侧开始,第二种为每条焊缝的第一次焊接从前一次焊接完成的一侧开始)下WCCB的等效应力和变形情况。结果表明,第一种焊接工艺下的等效应力为1289MPa,第二种的等效应力为1286MPa。在焊缝表面上,第一种焊接工艺下沿焊缝的和垂直焊缝的变形量大于第二种下对应的变形量,这为FW焊接工艺的确定、工装设计等提供了有利依据。

金属铪真空电子束焊接工艺及组织性能研究

采用真空电子束焊接工艺焊接金属铪板材,研究了金属铪焊后的微观组织和力学性能。结果表明,金属铪在焊接电压为60 kV、焊接束流为36 mA/40 mA、焊接速度为1000 mm/min的工艺条件下,可以实现金属铪的稳定焊接,获得无内部缺陷的焊接接头。金属铪组织为晶粒大小一致、晶界清晰的等轴晶组织,晶粒度达到10级。经真空电子束焊接后,其焊缝区的晶粒明显长大,表现为不均匀分布的、粗大的树枝晶组织,并存在少量的退火孪晶组织。由于焊缝区域晶粒粗化及树枝晶的形成,金属铪真空电子束焊接接头的拉伸性能显著低于母材,断后伸长率仅约为母材的50%。同时,金属铪焊缝拉伸断口形貌呈现光滑的解理台阶、撕裂痕、裂纹等解理断裂特征,并伴有河流状花样,为脆性断裂。

30CrMnSiNi2A钢电子束焊接接头的应力腐蚀特性研究

研究了在腐蚀介质为3.5wt%的NaCl溶液及恒温(35±1)℃条件下,不同初始弹性应力状态下28 mm厚30CrMnSiNi2A超高强钢电子束焊接接头及母材的应力腐蚀情况,采用电镜观察分析了接头和母材的应力腐蚀形貌及应力腐蚀开裂特征,同时计算分析了接头和母材的应力腐蚀速率。结果表明,当初始弹性应力分别为屈服强度的75%、80%和85%时,试样经过672 h的应力腐蚀后,试样表面均出现了黑色的腐蚀产物及腐蚀产物剥落现象,试样的腐蚀情况与初始施加应力水平呈一定的正相关关系。相同载荷水平条件下,接头的耐腐蚀性能要弱于母材。接头试样应力腐蚀开裂后最大的裂纹宽度分别为1.89、3.54和6.84μm;接头试样应力腐蚀速率的平均值分别为1.361、1.536和1.892mm/a。接头母材区、热影响区和焊缝区各区域的显微组织差异较小,均为回火马氏体。

TU1无氧铜/316L不锈钢电子束焊接接头组织与性能

采用真空电子束焊分别对2mm、3mm、5mm不同厚度的TU1无氧铜板材和316L不锈钢板材进行异种材料焊接,并对焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究。实验结果表明:焊缝区和热影响区呈现波浪形状,焊缝区存在不同程度的混合组织,接头母材区及热影响区的晶粒大小随铜钢板材厚度的增加而增加。TU1热影响区的晶粒明相比母材区,明显增大。焊缝区的硬度高于母材区。在电子束电流为10mA,加速电压为150kV,焊接速度为15mm/s的焊接参数下,2mm、3mm、5mm厚的接头抗拉强度分别是263MPa、174MPa、141MPa。2mm厚的拉伸式样断裂发生在TU1热影响区,而3mm和5mm厚拉伸式样断裂发生在焊缝处,即2mm厚的TU1无氧铜板材和316L不锈钢板材焊接接头抗拉性能最好。

热输入对Ti180钛合金电子束焊接接头组织和力学性能的影响

焊接热输入量会影响双相钛合金接头热影响区α/β相转变以及次生α′相的析出,进而改变接头力学性能。对7 mm厚Ti180钛合金电子束焊接接头组织分析发现,近熔合线热影响区和中部热影响区由“ghost”状初生α相、次生针状α′相和残余β相组成,近母材热影响区由初生α相、残余β相和少量次生α相组成。热输入量升高会导致初生α相比例减少,进而接头拉伸性能发生变化。当热输入由120 J/mm增加到177 J/mm时,接头的伸长率由16.7%降低到11.6%,抗拉强度均达母材强度(970 MPa);而焊缝区与热影响区的硬度始终高于母材硬度(341HV)。因此,可以通过改变焊接热输入量来控制热影响区微观组织,进而实现对Ti180钛合金接头力学性能的调控。

铜-钢电子束焊接材料的疲劳特性

异种金属焊接构件的疲劳性能对于航天器的服役可靠性具有重要影响。探索了Cr0.8铜合金和1Cr21Ni5Ti不锈钢异种金属焊接接头的疲劳寿命和疲劳断裂机制,采用合理的电子束焊接工艺制备得到铜-钢复合板。利用金相显微镜表征和分析焊缝处的组织与成分,使用电子拉伸试验机和疲劳试验机对焊接接头进行力学性能测试,利用扫描电镜观察不同周次断裂下的疲劳断口。结果显示:两种金属整体冶金结合情况良好,但是钢侧局部熔合区面积较大且由钢基体伸入到焊缝中;铜-钢电子束焊接接头的拉伸试样均断裂于焊缝最小截面处,疲劳试样的平均疲劳极限值为48.04 MPa,且均起裂于焊缝最小截面处;高周疲劳试样在焊缝上表面端点处观察到单一裂纹源,低周疲劳试样观察到较多裂纹源分布于焊缝上下表面及内部,两者的最终断裂区均位于铜合金基体。可见在疲劳断裂过程中,焊接试样在高周和低周断裂下的裂纹源数量存在差异,但是裂纹均易萌生于焊缝最小截面处,且向铜合金基体进行扩展。

新型高强亚稳β钛合金电子束焊接接头组织与力学性能

以新型高强亚稳β钛合金Ti-4Al-5Mo-5Cr-5V-1Nb(Ti-45551)为研究对象,分别对20 mm厚锻态、固溶态和固溶时效态钛合金板材进行电子束焊接,研究了不同母材状态下电子束焊接接头的显微组织和力学性能。结果表明,3种焊件熔合区均为粗大β柱状晶,固溶态+焊接(SW)条件下焊接接头各区域均无α相,而锻态+焊接(FW)和固溶时效态+焊接(AW)条件下随着距离焊缝中心越远,热输入能量越低,在热影响区有残余α相(ghostαphase)存在,并随着距离焊缝中心越远,“ghostαphase”含量增多。3种焊接接头抗拉强度和塑性相近,分别约为760 MPa和7.5%,归因于熔合区均形成粗大柱状β晶组织,应变在该区域集中,导致焊件强度下降,最终在熔合区断裂。