钨极氩弧焊与激光熔覆修复的K403镍基高温合金导向器叶片组织与性能

K403镍基高温合金具有优异的室温和高温综合性能,广泛用于航空发动机涡轮叶片及导向器的制造。针对涡轮叶片长期服役于复杂工况产生的裂纹缺陷等问题,本工作先对钨极氩弧(tungsten inert gas,TIG)焊和激光熔覆两种工艺修复后的组织与拉伸性能展开对比分析,而后使用激光熔覆工艺修复叶片,并进行无损检测。利用OM、SEM观察微观组织、断口形貌,利用EDS进行相的成分分析。结果表明:TIG焊修复工艺在修复界面区附近易产生微裂纹缺陷,主要碳化物相和低熔点共晶组织引起;激光熔覆工艺修复区域的晶粒与组织更加均匀,微裂纹缺陷更易得到控制;激光熔覆工艺修复的试样综合力学性能明显高于TIG焊修复工艺的试样,且激光熔覆工艺具有较好的工艺稳定性,TIG焊修复工艺的室温拉伸强度为K403母材强度的69.22%,激光熔覆修复工艺室温抗拉强度达到了母材的87.44%,断口形貌显示修复区域的室温拉伸断口呈现出混合断裂特征,高温拉伸断口呈现出沿晶断裂的特征。修复区域的微裂纹、局部液相不足缺陷和碳化物是拉伸断裂的主要原因。激光熔覆修复工艺具有热源集中、热影响区小的优势,能够有效抑制修复区缺陷并细化微观组织,在叶片修复方面具有更大优势。使用激光熔覆修复工艺完成了叶片试车过程产生的边缘板裂纹损伤修复,经过荧光检测及煤油-白垩检测,满足相关使用要求。

固溶处理对激光选区熔化AlSi10Mg合金显微组织、拉伸性能和残余应力的影响

利用光学显微镜、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉伸实验和拉曼光谱仪研究固溶处理对激光选区熔化AlSi10Mg合金的显微组织、拉伸性能和残余应力的影响规律。结果表明:沉积态合金组织细小,强度较高,但存在明显的各向异性和较大的残余拉应力。直接人工时效后,抗拉强度和屈服强度均明显提升,但熔池和共晶硅的形貌与沉积态合金基本相同。固溶处理可以显著改善组织和拉伸性能的各向异性,彻底消除残余拉应力,但导致组织粗化,合金的抗拉强度和屈服强度仅为沉积态的50%左右。在固溶处理的基础上进行人工时效,合金的组织特征、各向异性和残余应力情况无明显变化,抗拉强度和屈服强度分别达到330 MPa和270 MPa,断后伸长率约为10%~11%。人工时效后强度的提升主要得益于GP区的析出。

温差拉伸控制铝合金薄板的焊接变形

对两种形式的温差拉伸控制铝合金薄板焊接残余变形的效果和规律进行了研究。研究表明，由随焊激冷造成的动态温差拉伸减小焊接变形的效果受夹具自身散热条件的影响较大：不采用整体预热时，难以造成马鞍形温度场，此时减小焊接变形的机理主要是焊接线能量的等效降低；采用整体预热后，能够造成一定程度的温差拉伸，减小焊接变形的效果明显提高。中间冷却两侧加热的静态温差拉伸能够造成显著的马鞍形温度场，充分发挥温差拉伸的作用，有效地减小了焊接变形。静态与动态温差拉伸结合使用，获得了最小的焊接变形。

温差拉伸和随焊激冷配合使用控制焊接变形

对温差拉伸和随焊激冷配合使用控制铝合金薄板焊接变形的联合工艺进行了数值模拟和试验研究。数值分析表明 ,随焊激冷更倾向于在焊缝中心造成显著的纵向塑性拉伸 ,而温差拉伸则倾向于在近缝区造成显著的塑性拉伸。将二者配合使用 ,不仅可以靠温差拉伸将焊缝和近缝区在加热阶段形成的纵向塑性压应变控制在较低的水平 ,还可以靠随焊激冷增加冷却阶段的纵向塑性拉伸进一步抵消焊缝区已经形成的压应变。因而充分发挥二者的作用 ,有效地控制焊件的残余变形。试验研究与数值模拟得到的结论基本一致 ,随焊激冷和温差拉伸联合使用 ,可使 5 4 0mm× 3 0 0mm× 2mm的LY1 2CZ薄板焊后纵向挠曲由单独使用温差拉伸时的 2 .87mm和单独使用随焊激冷时的 4 .88mm降低到 0 .

SiC_p/Al的熔化焊及高能束焊研究现状

针对SiCp增强铝基复合材料(SiCp/Al)的熔化焊接,尤其是高能束焊接,围绕焊缝成形、有害相Al4C3生成、焊接气孔等影响该类材料焊接质量的若干问题,从形成机理、影响因素、控制措施等方面,综述了该领域的研究现状,指出了今后的研究方向。

TC18电子束焊接头焊后热处理对组织与性能的影响

为提高TC18合金电子束焊接头的力学性能,测量焊态及4种焊后热处理的接头室温拉伸和冲击性能,并对不同热处理状态的显微组织和冲击断口进行光学和扫描电镜观察。研究表明,TC18电子束焊缝经不同热处理能够获得不同形态的晶内α。随晶内α片长径比的减小,塑性和冲击韧度提高,强度大致呈降低的趋势。TC18双重退火焊缝具有以粒状α为主,辅以适量片状α的β晶内结构,因而具有较好的强度、塑性和冲击韧度。

GH909电子束焊接温度场的有限元分析

采用MARC有限元分析软件对GH90 9电子束焊接热过程进行了数值模拟。针对电子束焊不同于普通电弧焊的特殊加热方式 ,提出了小孔内壁受热的能量输入模式。与工件表面高斯分布的能量输入模式相比 ,该模式考虑了小孔形成对能量吸收的影响 。

采用非增强中间层电子束焊接SiC_P/Al

为解决SiCP/Al焊接成形问题,提出了采用非增强中间层的电子束焊新工艺。考察了非增强中间层对碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCP/Al)电子束焊接成形、脆性相Al4C3生成及气孔的影响。研究表明,采用富Si非增强中间层后,焊接成形明显改善,脆性相的形成也受到了抑制,但气孔问题比较突出。讨论了工艺和材料因素对焊接缺陷和接头力学性能的影响,由此获得SiCP/Al电子束焊的工艺要点。

SiO_(2f)/SiO_2复合材料与金属铌环形钎焊接头的残余应力数值模拟

对陶瓷基复合材料SiO_(2f)/SiO_2与金属铌环形钎焊接头的残余应力进行了有限元数值模拟.结果表明,接头存在较大的径向拉应力σy和周向界面剪切应力τyx,其峰值分别为1 047 MPa和329 MPa.靠近焊缝的SiO_(2f)/SiO_2中存在应力集中,因而在焊后冷却过程容易首先破坏.在SiO_(2f)/SiO_2连接面表层加工沟槽可有效缓解残余应力,σy和τyx峰值分别降低到731 MPa和230 MPa.与不开槽钎焊比较,在靠近焊缝界面的SiO_(2f)/SiO_2侧表层,开槽钎焊使σy从200 MPa降至81 MPa,τyx从230 MPa降至53 MPa.陶瓷被焊表面开槽之后再钎焊填入钎料所引起的应力缓解,对于避免开裂、提高接头强度及可靠性十分有利.

低膨胀高温合金焊缝金属凝固行为的模拟预测

为研究低膨胀高温合金的焊缝结晶裂纹倾向,利用改进的M F模型进行焊接凝固过程溶质再分布的模拟。自行编制了QBasic程序,利用该程序计算了三种低膨胀高温合金焊缝的凝固反应顺序和形成共晶组分的种类与数量。结果表明,GH903和GH907合金在初始凝固后首先发生L→(γ+NbC)共晶反应,然后以次共晶反应L→(γ+Laves)结束凝固,最终凝固组分由γ/NbC和γ/Laves两类共晶组分构成。而GH909合金在初始凝固后只发生L→(γ+Laves)反应,且最终γ/Laves共晶生成量大,因此结晶裂纹敏感性高于GH903和GH907合金。改变碳含量能够影响GH909合金的凝固路径,但是仅靠提高碳含量改善焊接性的作用有限。

随焊激冷减小铝合金薄板的焊接变形

研究了随焊激冷减小铝合金薄板焊接变形的效果及夹具的散热条件对该效果的影响。研究表明,随焊激冷能够减小铝合金薄板的焊接变形,其效果受夹具自身冷却作用的影响很大。随着夹具散热条件的降低,随焊激冷所起的作用增强,但降低焊接变形的效果仍不够明显。适当预热夹具本身可以减小焊接变形,但更重要的是预热使激冷造成了温差拉伸,因此获得了最小的焊接变形。

随焊激冷防止高强铝合金焊接热裂纹的数值模拟

采用热弹塑性有限元方法对随焊激冷防止焊接热裂纹的工艺过程进行了数值模拟 ,动态定量地描述了温度场、位移场和应变场的演变过程 ,清晰地揭示了随焊激冷防止焊接热裂纹的机理及主要参数的影响规律 .研究表明 ,随焊激冷能够通过冷源作用区的冷却收缩造成对其前方处于BTR金属的横向挤压 ,推迟塑性拉伸应变的开始形成温度并减缓其发展速率 ,因而降低热裂纹倾向 ;采用较小的激冷距离有利于降低热裂纹倾向 ,在激冷距离较大时提高激冷功率仍有防止热裂纹的作用 ;加大外部拘束会在一定程度上削弱随焊激冷防止热裂纹的效果 .

ZL101A/SiC_P/20p电子束焊接工艺研究

研究了颗粒增强铝基复合材料ZL101A/SiCP/20p的电子束焊接工艺。研究表明,直接采用电子束焊焊接该类材料,难以获得焊缝成形。采用富Si非增强中间层,通过熔化中间层间接熔化两侧SiCP/Al,得到了较理想的焊缝成形。为获得良好焊缝成形,应合理选取中间层厚度、焊接速度和焊接电流及聚焦方式。采用非增强中间层电子束焊接气孔问题较突出。气孔主要发生于部分熔化的热影响区,快速焊接能使气孔形成受到部分抑制。

热处理强化铝合金焊接热-力过程数值模拟的改进

采用热加工历史不相关的屈服强度-温度单自变量材料模型进行热处理强化铝合金的焊接残余应力有限元分析,通常得到与材料屈服极限R_(P0.2)相当的纵向残余拉应力,这与实际测量结果明显不符。针对这一问题,通过分析热处理强化铝合金在焊接过程中经历的热循环、组织及性能变化特点,提出了包含固溶-软化和时效-硬化现象的热处理强化铝合金的热加工历史相关材料模型,建立了屈服强度与时间-空间-温度均相关的三自变量函数关系式。将该模型用于淬火-自然时效态2A12-T4铝合金TIG焊过程的有限元分析,得到53%R_(P0.2)的纵向残余应力,数值模拟的准确性具有实质性的改进。

GH783/GH4169环件异种金属焊接热-力过程的有限元分析

针对低膨胀高温合金GH783与普通GH4169合金的环件异种金属氩弧焊,建立了热-力过程有限元数值分析模型。通过模拟揭示了GH783/GH4169异种金属焊接过程的应力-应变演变特点,预测了环件焊后的残余应力和变形分布。结果表明,合金的线膨胀系数差异造成了焊接应力-应变的非对称分布,线膨胀系数大的GH4169侧的焊接应变、应力以及最终的焊接变形均大于低膨胀GH783合金侧。模拟预测的环件轴向收缩量与实测结果吻合。

不同拘束条件下高强铝合金LY12CZ焊接热裂纹倾向的研究

采用一种简便有效的热裂纹试验方法，在自行研制的变拘束度夹具上，研究了不同拘束条件下高强铝合金ＬＹ１２ＣＺ焊接时的热裂纹倾向。同时结合跨焊缝两侧横向位移的实时测量结果，分析了拘束条件对焊接热裂纹倾向产生影响的机制。

一种先进高强钛合金电子束焊接头组织与性能的研究

针对一种先进的α-β型高强钛合金(Ti-Al-Zr-Mo-Cr-Nb体系),进行了电子束焊接头组织与性能的研究。通过接头性能测试和微观组织分析,考察了固溶-时效-焊接、固溶-焊接-时效、固溶-时效-焊接-固溶-时效、固溶-焊接-β热处理4种状态下焊缝、母材及接头的拉伸性能。研究表明,该合金焊态焊缝强度非常高,而塑性很差;焊后固溶时效降低焊缝强度,但显著改善塑性;焊前固溶焊后时效使焊缝强度进一步提高,塑性则进一步恶化;焊后β退火处理则使焊缝具有较好的塑性和较高的强度,但其不足是母材的塑性严重下降。综合考虑,固溶时效接头具有较好的塑性和强度。最后结合接头显微组织分析了组织因素对接头强度和塑性的影响。

齿轮用钢电子束表面硬化工艺的数值模拟

针对齿轮用钢35Ni4Cr2MoA的电子束局部硬化工艺,建立了移动电子束局部加热的有限元分析模型和连续加热冷却过程奥氏体化相变计算模型,采用Visual FORTRAN语言自行编制了奥氏体转变模拟程序,成功地模拟了电子束局部硬化的热过程和组织变化。对不同硬化工艺条件下奥氏体化程度分布和硬化层轮廓的模拟预测表明,随着电子束移动速度的提高,奥氏体化开始的温度升高,奥氏体化程度显著降低,奥氏体化的范围(硬化层的宽度和深度)明显缩小。在确保试件中心所经历的最高温度低于材料熔点并且大致相当的前提下,随电子束移动速度降低,硬化所需热输入增加。

3D打印技术研究现状和关键技术

本文首先简要介绍了3D打印技术的基本原理及分类,然后重点介绍了有关金属材料3D打印的几种方法:电子束熔化成形(EBM)、激光选区熔化成形(SLM)、激光快速成形技术(LDMD)。简述了金属材料3D打印的应用领域及国内外发展情况及研究现状。文章最后结合国内外金属材料3D打印的研究现状,指出金属材料3D打印需要在打印用粉末、金属3D打印设备、3D打印零件无损检测方法、3D打印零件的失效行为和寿命预测等方面进行重点研究,并建立3D打印零件的无损检测标准规范以及3D打印材料全面力学性能数据库。

薄板高强铝合金LY12CZ焊接工艺参数的优化

从力学角度出发,通过调整焊接温度场,控制焊缝及近缝区的应力应变发展,实现了高强铝合金LY12CZ薄板的低应力少变形无热裂焊接。运用正交试验设计来安排试验、筛选因子,并用一次回归正交设计调优运算优化因子的匹配,找到了影响铝合金薄板焊接变形的主要因子和最佳工艺参数匹配,揭示了主要工艺参数对减小变形效果的影响规律。