厚板钛合金窄间隙TIG焊接头组织与性能

采用氩弧焊的方法在窄间隙条件下,采用TIG填丝多层焊的方式实现了TC4厚板钛合金的优质连接.结果表明,通过优化焊接参数和合理的惰性气体保护方案设计,保证了接头的完整性与可靠性.通过宏观和微观金相分析,发现窄间隙焊接条件下晶粒生长遵循联生结晶生长规律;由于受到焊接热循环的作用,致使接头显微结构随着冷却速度变化呈现不同的组织结构;窄间隙TIG焊接头因啮合强化而使得接头强度得到提高,焊缝的平均强度达到母材的90%以上.

厚板钛合金窄间隙TIG焊焊接接头组织与力学性能

采用氩弧焊,窄间隙条件下填丝多层焊的方式焊接厚板钛合金,成功的实现了52mm厚TC4钛合金厚板的优质连接。试验结果表明,通过合理的焊接参数选择以及焊接保护措施,保证了窄间隙下钛合金的焊接质量,得到优质的焊接接头。接头显微组织观察发现,热影响区由于冷却速度过快生成钛马氏体组织,拉伸试验结果表明焊缝强度达到母材的90%,硬度测试结果显示熔合区硬度呈现最大值。

钛合金厚板焊接接头残余应力测试

采用局部逐层对称剥削材料盲孔法对51 mm厚钛合金Ti80板焊接接头残余应力进行了测试,并系统研究了其三维残余应力分布特征。结果表明,局部逐层剥削材料盲孔法能有效测量大厚度焊接件焊接接头的内部残余应力,并能准确反映大梯度变化应力状态。钛合金焊接接头,沿垂直焊缝方向在距焊缝中心-10～10 mm范围内,具有较高拉应力,应力值集中在500 MPa左右,且拉应力峰值出现在上表面距离焊缝中心10 mm位置;沿厚度方向距焊缝中心-10～10 mm范围内,为拉应力,表层应力普遍大于内部应力。在远离焊缝位置沿厚度方向为压应力,应力值为200～680 MPa,且峰值出现在距离上表面5 mm和焊缝中心20 mm位置处。

厚板TC4钛合金电子束焊接头组织和力学性能研究

对30 mm厚TC4钛合金进行电子束焊接试验,通过金相分析以及显微硬度测试对焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究。结果表明,TC4钛合金母材由等轴α以及部分β转变组织组成,焊缝区组织在纵向上具有不均匀性。焊缝顶部β柱状晶粗大,沿熔合线向顶部生长,中部和下部柱状晶相对较小,垂直熔合线向焊缝中心对称竞相生长。β晶粒内部微观组织为针状马氏体,马氏体尺寸从焊缝顶部到底部逐渐减小。热影响区显微组织为等轴初生α相和α'针状马氏体,以及未完全转变的β相。焊缝区和热影响区显微硬度值高于母材;在焊缝区纵向上,顶部显微硬度值为340 HV,随着距离焊缝顶部距离的增加,硬度值显著增大,最大值为435 HV。

钛合金厚板电子束焊接残余应力模拟研究

采用有限元软件深入分析了钛合金厚板电子束焊接接头的温度场和应力场,考虑了装配间隙的影响,基本掌握了残余应力的分布规律。结果表明:残余应力主要集中在焊缝及HAZ位置,超出该区域后,应力迅速下降。试件内部厚度方向残余拉应力较大,最大值在650 MPa左右,不可忽视。横向残余应力在焊缝的上下表面处均为压应力,与传统的电弧填丝焊后应力状态相反。相比于不留装配间隙,当间隙不超过0.1 mm时,残余应力基本不变。焊后最大等效应力接近材料屈服强度,需要采取优化焊接工艺或者消应力处理等方法,避免叠加工作应力后导致的结构失效问题。

钛合金厚板T型接头大功率激光焊接组织研究

采用大功率激光器对16⊥20 mm的TC4钛合金厚板T型接头进行无坡口全焊透试验,分析了接头不同位置的显微组织和横截面的硬度分布。结果表明:当接头每侧的激光功率为16 kW,离焦量为+10 mm,焊接速度为0.96 m/min,光束角度为15°,偏移量为1.5 mm时,焊缝成型良好,两侧焊缝重叠深度适中,无气孔、未焊透和未熔合等缺陷。焊缝区为由晶界α相、片状α’相和晶间β相组成的粗大柱状晶;从焊缝区根部至上部柱状晶尺寸逐渐增加;热影响区组织呈现过渡形貌,近焊缝热影响区组织为尺寸较大的等轴晶,近母材热影响区等轴晶的尺寸减小,原始等轴α相数量增加。焊缝区的硬度高于热影响区和母材区,热影响区出现低硬度区;在T型接头截面纵向上,焊缝根部的硬度最高,随距腹板中心线的距离增大,硬度总体上降低,最后趋于稳定。

钛合金厚板窄间隙焊接残余应力模拟研究

采用有限元软件对钛合金厚板窄间隙焊接接头的温度场和应力场进行了数值模拟,分析了多层多道焊下钛合金厚板残余应力分布规律。结果表明,焊接残余应力随距焊缝中心距离的增加而降低。高应力区位置出现在距焊缝上表面约5 mm深度位置,最大横向残余应力为383 MPa,最大纵向残余应力为628 MPa,均位于焊缝中心。需要采取优化焊接工艺或者消应力处理等方法,以避免因应力过大导致的结构失效问题。

热处理工艺对BTi-421111钛合金厚板组织及性能的影响

BTi-421111是一种新型研制的中等强度塑性良好的钛合金。本文通过研究BTi-421111钛合金8.0 mm厚板在热态R、750℃/1 h、780℃/1 h、810℃/1 h、840℃/1 h不同状态下的显微组织与性能,优选出合适的热处理温度范围为780~840℃;并对840℃/1 h与940℃/1 h WQ+760℃/4 h两种不同热处理工艺下板材的显微组织与性能进行对比。实验结果表明:板材经780~840℃温度热处理后呈均匀的两相区,达到良好的组织与性能的匹配;840℃/1 h热处理后板材横向具有更高的强度和冲击性能,而940℃/1 h WQ+760℃/4 h热处理后板材具有良好的塑性。

TOFD技术在钛合金焊缝检测中的应用

本文介绍了相控阵检测方法和超声TOFD检测方法以及他们的差别,根据钛合金超声检测特性及其相关标准的使用情况,结合相控阵在钛合金厚板焊缝检测试验的经验,论述了钛合金厚板焊缝超声TOFD检测方法的可行性,结果表明,超声TOFD检测方法和相控阵检测方法能够对钛合金厚板焊缝缺陷进行有效识别、定位、定量检测且检测灵敏度和检测效率较高。

热处理对TC4钛合金厚板组织和性能的影响

采用正交试验方法,研究了不同热处理制度对TC4钛合金厚板显微组织和力学性能的影响。结果表明,固溶温度对合金显微组织、室温拉伸强度、塑性和断裂韧性影响很大。相变点下固溶时合金组织为双态组织,相变点上固溶时合金组织为魏氏组织;当固溶温度从975℃相变点下增加到1045℃相变点上时合金的强度变化不大,合金的塑性大幅下降,而合金的断裂韧性逐渐升高;TC4钛合金厚板在975℃/10 min+670℃/1 h热处理,可获得最佳强度-塑性匹配,在995℃固溶处理,670~760℃时效处理可获得最佳强度-韧性匹配。

TC4钛合金厚板电子束焊接接头的组织与性能

采用真空电子束对20mm厚的TC4钛合金板材进行对接,探讨了电子束流对接头显微组织及力学性能的影响。结果表明,焊缝晶粒尺寸随熔深的增大而减小,晶粒尺寸梯度随束流的增大而减小;电子束流从95mA增大至105mA时,焊缝上部的α′和晶间α相以及α′板条束大于中部和下部,且随着束流的增大,晶间α相变宽、α′板条束变粗大;束流减小至85mA时,焊缝下部没有晶间α相和α′板条束产生。接头强度高于母材,束流为95mA时,强度达到最高,为1 265 MPa,接头为韧性断裂和准解理断裂的混合断裂方式。

热处理对TA15钛合金厚板残余应力的影响研究

采用X射线衍射法测定了TA15钛合金厚板在不同热处理制度下的残余应力值。结果表明:TA15钛合金厚板经750℃/4h FC真空蠕变热处理后,消除残余应力效果比800℃/1.5h AC大气退火+550℃/4h FC真空蠕变退火明显,残余应力值分布均匀性更好,T向残余应力平均值和极差值分别降低16.2%和83.2%,L向残余应力平均值和极差值分别降低42.6%和62.0%。

Ti-6Al-2Zr-2V-1.5Mo合金厚板的组织性能

研究了Ti-6Al-2Zr-2V-1.5Mo合金厚板的变形和退火过程中的组织性能变化,为制造和使用该合金板材提供依据。

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。