异种钛合金线性摩擦焊接头包埋渗铝研究

采用包埋渗铝的方法对异种钛合金线性摩擦焊接头制备渗铝层,以提高接头的腐蚀性能。分析焊接接头渗铝层的形貌及组成,研究渗铝层对热腐蚀性能的作用和影响,并优化了渗铝工艺。研究结果表明:包埋渗铝有利于提高接头的热腐蚀性能,渗铝后腐蚀增重降低,腐蚀稳定性提高,其原因是渗铝前后腐蚀反应发生了改变.在高温熔盐环境下,接头直接与腐蚀介质发生反应,因钛合金中铝含量较少,无法在表面形成致密的氧化膜,而渗铝接头表面与氧反应生成的致密氧化铝膜阻隔了熔盐和氧气向接头内部侵蚀;渗铝接头热腐蚀100h后的腐蚀增重为0.926mg/cm^(2),远小于未渗铝时的12.478mg/cm^(2)。渗铝层由金属间化合物TiAl_3组成,渗铝层的厚度不一致,TC17侧较TA15侧厚,在焊缝近域缓慢过渡。渗铝层的厚度随着保温温度升高呈先升后降趋势,随着保温时间延长呈递增趋势,综合考虑可得到最佳渗铝温度范围在850~950℃之间,而最佳渗铝时间范围在3~5h之间。

加热时间对异种钛合金热自压连接界面、原子扩散和接头力学性能的影响（英文）

采用一种新的固相连接方法——刚性拘束热自压连接方法,对纯钛和Ti6Al4V(TC4)钛合金进行固相连接。通过不同加热时间刚性拘束热自压连接界面光学显微镜观察、元素成分能谱分析、显微硬度测试以及接头力学性能测试和断口观察,分析加热时间对纯钛和TC4钛合金异种连接接头界面焊合率、界面元素扩散和力学性能的影响。结果表明:随着加热时间的增加,连接界面高温停留时间、高温区材料体积、热挤压应力作用时间增加,促进界面两侧原子扩散,界面未焊合缺陷数量和尺寸减少,焊合质量提高。界面两侧发生显著的元素扩散现象,TC4合金中Al和V元素扩散至纯钛中,纯钛中的Ti元素扩散至TC4合金中,并随着加热时间增加,Al和V元素在纯钛中的扩散深度增加。加热时间对接头显微硬度分布影响不显著,但显著影响接头的强度和塑性,当加热时间增加至450 s时,可获得综合力学性能较好的纯钛和TC4合金异种材料连接接头。

退火态TC4/TC11异种钛合金电子束焊接头组织和力学性能研究

采用真空电子束焊接对10mm厚的TC4/TC11异种钛合金板进行了连接,并对接头进行了退火处理,工艺为700℃保温2h空冷。采用扫描电镜观察退火态TC4/TC11接头不同区域的组织,对接头的拉伸性能和疲劳性能进行了测试,对疲劳断口进行了观察。结果表明：退火后接头各区域组织没有发生明显变化,TC4侧的热影响区及焊缝仍然是马氏体,TC11侧热影响区仍是残余的α相和马氏体。与焊态接头相比,退火态接头的伸长率提高约41.3%,强度下降约7%,其疲劳寿命变化不大。退火态TC4/TC11接头疲劳试样大部分断裂于TC4母材。疲劳源起始于试样表面,裂纹扩展区面积较大。

TA22/TA2异种钛合金厚板TIG焊接组织和性能

采用多层多道TIG焊实现了20 mm厚TA22/TA2异种钛合金板的有效连接,焊缝呈亮银色,有明显的鱼鳞纹,成型美观。经焊缝低倍组织检测未发现气孔、未熔合、裂纹等缺陷。TA22热影响区的组织主要是晶界α相和片状α相组成的魏氏组织,靠近熔合线的焊缝区为粗大的板条状α相组织;焊缝区、TA2侧热影响区组织均为锯齿状晶界的块状α相,且从焊缝区到母材区的块状α相尺寸逐渐减小。焊缝区打底层的硬度最高,填充层的硬度值较低,焊缝表面处的硬度略有上升;从TA22母材至焊缝区的硬度先增加后急剧下降;从TA2母材区至焊缝区的硬度略微降低。力学性能测试结果显示,接头的平均抗拉强度为501.5 MPa,断裂发生在TA2侧母材;侧面弯曲未发现裂纹产生,接头的力学性能优良。

异种钛合金的焊接研究现状及发展趋势

阐述了异种钛合金国内外焊接研究现状,在对钛合金的焊接性进行分析基础上,总结了异种钛合金在焊接过程中存在的主要问题,概述了异种钛合金的几种常用焊接方法,展示了取得的最新研究成果,并对异种钛合金的未来焊接研究发展趋势进行了展望。

异种钛合金TIG焊接接头的组织和性能

本文针对800MPa级的Ti6Al4V和600MPa级的∏T3B钛合金板材,选取与∏T3B匹配的2B焊丝,并采用手工钨极氩弧焊的方法进行焊接。焊后对接头的力学性能进行了测试,同时对接头的不同部位进行了显微组织观察和硬度试验试验结果表明:拉伸试样断裂在∏T3B母材,即采用低强度等级的焊丝焊接,由于Ti6Al4V合金元素向焊缝的过渡,焊接接头的强度高于∏T3B板材的强度;显微组织观察发现焊缝中心形成了大量的针状马氏体组织;显微硬度试验中发现靠近∏T3B一侧的焊接接头熔合线附近由于晶粒长大,其硬度值较低。

TC4/TA15异种钛合金激光焊焊缝的显微组织和高温力学性能

研究不同焊接工艺参数条件下TC4/TA15异种钛合金激光焊接接头的显微组织和高温力学性能。结果表明:TC4/TA15异种激光焊焊缝熔合区由含针状α’马氏体的粗化β柱状晶组成,热影响区主要由初始α相和β转变相组成,TA15侧热影响区的宽度窄于TC4侧热影响区的宽度。TC4/TA15异种接头的屈服强度和抗拉强度随温度的升高而降低,高温拉伸强度从高到低的顺序为TA15母材>异种接头>TC4母材,800°C时塑性变形程度最高。TC4/TA15异种接头横截面的最高显微硬度位于焊缝中心,热处理后接头的显微硬度整体降低,但硬度分布特征未发生改变。异种接头的高温拉伸断裂均发生在TC4母材侧,并在拉伸过程中发生明显颈缩,微观断口呈现韧性断裂特征。

异种钛合金线性摩擦焊组织演变及超扩散机理

研究了TC11和TC17异种钛合金在不同摩擦压力(22~47 MPa)下的线性摩擦焊组织演变和超扩散机理。通过扫描电子显微镜分析接头的微观结构,并通过电子探针分析了接头界面近域的原子浓度。结果表明,焊缝区域温度超过β相变温度,焊接后接头温度迅速下降,焊缝组织转变为完全再结晶组织。焊缝界面处原子发生了超扩散现象,典型原子的扩散系数约为扩散焊接处原子的100倍。在试验参数范围内,增加摩擦压力会增加典型原子扩散距离。

TC4/6061异种合金激光自熔钎焊温度场数值模拟

为了获得钛/铝异种合金接头界面温度场分布情况,深入理解钛/铝异种接头界面反应机理,采用有限元方法建立了TC4/6061异种合金激光自熔钎焊的移动高斯面热源模型,探究了不同激光功率下的钛/铝异种合金激光自熔钎焊接头温度场分布情况。研究发现,钛/铝异种合金接头温度场分布呈现出不均匀性。当激光功率为1600 W、焊接速度为15 mm/s时,异种合金接头界面上部、中部与下部的峰值温度分别为1299、984和865℃;当激光功率为1800 W、焊接速度为15 mm/s时,异种合金接头界面上部、中部与下部的峰值温度分别为1478、1119和982℃。通过工艺试验验证,模型具有良好的准确性,可为相关异种合金的激光自熔钎焊工艺数值模拟与参数制定提供借鉴。

铝合金熔敷层数对添加Nb中间层钛/铝异种合金CMT-WAAM构件微观组织影响

针对采用基于冷金属过渡(CMT)技术所制备的添加Nb中间层钛/铝异种合金电弧增材制造(WAAM)试样,研究了铝合金熔敷沉积层数对试样微观组织的影响规律。结果表明:随着铝合金熔敷沉积层数由1层增加至5层,添加Nb中间层钛/铝异种合金试样中第1层铝合金熔敷沉积层发生重熔的次数逐渐增加,使得铝合金沉积层中所析出的Al3Nb金属间化合物数量有所减少,且尺寸也有所减小;随着铝合金熔敷沉积层数的增加,铝合金熔敷沉积层底部所析出的Al3Nb金属间化合物呈岛状-长条状-短棒状的分布特征;分别熔敷沉积1层、3层和5层铝合金时,添加Nb中间层钛/铝异种合金试样中铝合金熔敷沉积层与Nb中间层之间均会形成Al3Nb金属间化合物反应层,反应层的厚度分别为1.1~2.9μm, 1.3~3.6μm和1.4~3.6μm。

TC4/TC18异种钛合金焊接头的组织性能研究及数值模拟

通过TIG焊对TC4/TC18异种钛合金进行焊接,利用光学显微镜、显微维氏硬度计和拉伸试验机,研究了焊接电流对异种钛合金焊接接头显微组织和力学性能的影响。结果表明,在不同的焊接电流下,母材至焊缝中心的显微组织变化规律是一致的,随着电流的增大,TC4侧热影响区显微组织变化不大,TC18侧热影响区晶粒先长大后减小。焊后TC18母材一侧热影响区出现软化现象,而TC4母材一侧热影响区出现硬化现象。拉伸断口均靠近TC18热影响区一侧,焊接头的抗拉强度均高于母材的73%。基于SYSWELD焊接模拟软件,模拟得出TC4/TC18的焊接头残余应力集中在TC18侧热影响区,与拉伸试验断裂结果相吻合。

电流辅助钛/铝异种合金激光熔钎焊的特性

采用电流辅助激光熔钎焊的方法对钛/铝异种合金的焊接特性进行研究。结果表明:激光功率对钛/铝异种合金接头的力学性能及微观组织有着明显的影响;辅助电流可有效地降低焊接过程中所需的激光功率,促进焊丝及铝合金母材的熔化,提高液态金属对母材的润湿铺展能力,在一定程度上促进了界面反应。

钛/铝异种合金电弧熔钎焊接头界面特征及力学性能

采用AlSi5焊丝和交流TIG电弧实现了TC4钛合金和6056铝合金的熔钎焊连接,通过金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和拉伸试验等方法评价了接头界面微观组织特征和力学性能.结果表明,当焊接电流为30,40和60 A时,界面反应层分别呈棒状、块状和锥状分布,过大的热输入使界面产生了粗大柱状金属间化合物层,冷却时在焊接内应力作用下产生了冷裂纹.金属间化合物主要为TiAl3相,Si元素偏聚其内形成过饱和固溶体.接头强度-焊接电流曲线出现了两次峰值强度.焊接电流为30 A时,熔钎焊接头平均抗拉强度为103 MPa.焊接电流为60 A时,电弧形态扩张使能量密度降低,接头强度出现第二次峰值.

Ti_(43.76)Zr_(12.50)Cu_(37.49-x)Ni_(6.25)Co_(x)非晶钎料真空钎焊TC4钛合金/316L不锈钢

根据双团簇模型设计并制备了Ti-Zr-Cu-Ni-Co系非晶钎料,用于真空钎焊TC4钛合金和316L不锈钢,分析了钎料中Co元素含量对钎焊接头界面微观组织形貌、力学性能及断裂行为的影响规律.结果表明,钎焊接头可划分为TC4/扩散区(Ⅰ区)/钎缝中心区(Ⅱ区)/界面区(Ⅲ区)/316L,界面典型微观组织结构为TC4/β-Ti+Ti_(2)Cu/(Ti,Zr)_(2)(Cu,Ni)+Ti_(2)Cu+Ti_(2)(Cu,Ni)+TiFe/(Fe,Cr)_(2)Ti+α-(Fe,Cr)+τ+γ-(Fe,Ni)+σ/316L,随着Co元素含量的增加,接头剪切强度先升高后降低再升高,当Co元素含量为1.56%时达到最大310 MPa,不添加Co元素时,接头断裂于钎缝中心区(Ⅱ区);当Co元素含量为1.56%~6.24%时,接头断裂于靠近316L母材的界面区(Ⅲ区)附近,断裂模式为典型的解理断裂.

钛/铝异种合金FSLW接头的成形与组织研究

以Ti-6Al-4V钛合金和7075-T6铝合金为对象,将钛合金作为搭接上板,研究了钛/铝异种合金搅拌摩擦搭接焊接头的成形与显微组织。结果表明,当搅拌头转速较高时,搭接界面处会产生因材料填充不及时而形成的孔洞缺陷;随着转速的降低,孔洞缺陷的尺寸逐渐减小,当转速为190 r/min时可获得缺陷极小的接头,连接界面处钛/铝合金结合良好。在本文所使用的焊接工艺中,整个焊接过程在β相变点以下进行。

钛/铝异种合金激光-电弧复合熔钎焊接头残余应力数值计算

采用Abaqus有限元分析软件进行了Ti-6A1-4V钛合金与6061铝合金的激光-电弧复合熔钎焊接头残余应力的数值计算,结合X射线衍射法对计算结果进行验证。结果表明,钛合金侧及铝合金侧Mises等效残余应力呈现非对称分布,焊缝中心处应力值最大;横向残余应力沿焊缝长度方向表现为"两端受压,中间受拉"的分布特征,端部压应力峰值接近200 MPa;铝合金侧纵向残余应力分布存在拉应力向压应力转变的过渡区域;正反面余高处存在应力集中现象,试板焊后出现翘曲变形。

钛/铝异种合金电弧熔钎焊接接头的组织与断裂行为

采用Al-Si共晶钎料对TC4钛合金与2A12铝合金异种合金进行钨极氩弧焊接,研究焊接电流对焊接接头显微组织和力学性能的影响。结果表明:当焊接电流为110~120 A时,焊接接头的抗拉强度最高可达158 MPa,此时焊接接头上部断裂在焊缝中,下部断裂在钛合金与焊缝的界面上。焊缝组织主要由α(A1)基体和在晶界析出的A1-Si共晶相组成,而钛合金与液态钎料在接头界面上部化学反应形成3种不同形态的Ti Al3金属间化合物,而在接头界面下部只形成针状的τ1金属间化合物。当焊接电流达到并超过140 A时,接头界面化合物厚度显著增至300μm左右,导致抗拉强度急剧下降。

镁/钛异种合金焊接的研究现状与展望

对近年来镁/钛异种合金焊接的研究发展现状进行了综述,针对熔点差别大、非互溶不反应的镁/钛焊接,采用非传统的特种焊接方法辅以合金元素的界面改善是实现二者可靠连接的关键。界面冶金结合的调控是提高接头力学性能的核心之处。以激光焊、瞬时液相扩散焊等焊接方法分类阐述了镁/钛焊接研究的最新进展,并对镁/钛焊接的后续研究进行展望。

铝钛异种合金电子束焊接接头组织与界面分析

采用真空电子束技术获得了7075铝合金和TC4钛合金异种接头。分别通过金相显微镜、扫描电镜和能谱分析仪等检测仪器观察了焊接接头的宏观形貌、微观组织特征和元素分布情况,同时分析了过渡层中金属间化合物的形成过程及其影响因素。试验结果表明:熔合区铝合金侧微观组织以柱状晶、等轴晶组织为主,还有少量的细晶组织,钛合金侧会析出呈针状或片层状的α相和α'相。由于TiAl3的自由能最小,在铝焊缝和钛焊缝的界面生成的金属间化合物主要成分为TiAl3,元素扩散不充分导致少量的TiAl、TiAl2等中间相生成,且随着热输入量的增加,金属间化合物层逐渐变厚,但化合物种类不变。试验结果为铝钛异种合金焊接界面研究提供了借鉴参考。

钛/铝异种合金脉冲激光焊接接头裂纹产生机理

目的对0.8 mm厚的Ti6Al4V钛合金和2 mm厚的AA6060铝合金薄板进行脉冲激光焊接,分析异种轻合金激光焊接裂纹产生的机理及界面结合机理。方法采用扫描电镜、EDS能谱以及显微硬度计等微观表征分析方法,对焊接接头的形貌特征、成分以及显微硬度进行分析,探索焊接接头处裂纹产生的原因。结果钛/铝脉冲激光焊接性较差,接头存在严重的裂纹缺陷,裂纹多集中在焊缝与铝母材交界处以及焊缝中心区域位置,主要以热裂纹为主;接头焊缝可能存在大量的Ti-Al金属间化合物以及少量未熔的钛,其界面层主要成分推测为层状TiAl和外层锯齿状的TiAl_3;接头整个焊缝区域的平均显微硬度为HV_(0.1)420,其硬度水平远远高于焊缝两侧铝合金母材,也高出钛合金母材很多。结论钛铝金属间化合物使钛铝焊接接头焊缝区脆性增大,另外接头焊缝区存在较大的组织应力、热应力、拉压应力、拘束应力等复杂应力,致使焊缝内存在较严重的裂纹缺陷。