TA15钛合金与铝合金TIG焊接头组织分析
钛合金与铝合金异种金属焊接的研究现状

钛合金与铝合金异种金属焊接的研究现状发布时间:2021-06-08T15:24:22.977Z 来源:《基层建设》2021年第4期作者:李洪达周晶辉马健男[导读] 摘要:钛合金因其具有密度小、比强度高及耐腐蚀等优点,被广泛应用于工业制造、船舶以及口腔医学等领域。
中车长春轨道客车股份有限公司吉林长春 130062摘要:钛合金因其具有密度小、比强度高及耐腐蚀等优点,被广泛应用于工业制造、船舶以及口腔医学等领域。
特别在航空航天领域中钛合金的需求量很大,钛合金结构件的使用降低了航空产品的的重量。
铝合金因具有良好的可加工性和导电导热性,在在很多行业得到了广泛应用。
本文就钛合金与铝合金异种金属焊接的研究现状进行了分析。
关键词:钛合金;铝合金;异种金属;焊接引言节约能源及保护环境的全球战略对现代航空航天、轨道交通、海洋工程等结构设计轻量化提出了越来越高的要求,为了减小工程装备的自身质量,同时又要保证工程装备的安全性,使得钛合金与铝合金及其异质材料的连接构件得到日益广泛的应用。
其中,钢材的力学性能十分优越,铝材具有耐腐蚀性强、导热性好、密度低、比强度高等优点。
然而,由于钛铝两者的热物理冶金(熔点、密度、晶体结构、导热性和线膨胀系数等)及化学性能差异较大,其连接接头的可靠性成为影响构件高品质制造的关键问题,因此,有关钛合金与铝合金焊接工艺的研究便显得尤为重要。
1钛合金与铝合金异种金属焊接的重要性以及难点钛及钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好及高温力学性能优异的特点,在航空航天、舰船等行业被广泛使用,但其价格较高。
铝合金密度小,作为主要的轻量化结构材料,是制造飞行器蒙皮的主要材料,在生产工艺和价格上较其他合金有明显优势,但其耐腐蚀性能较差,易发生大气腐蚀降低飞行器蒙皮的使用寿命。
同时,飞行器在稠密大气中超音速飞行时,受激波与机体间高温压缩气体的加热和机体表面与空气强烈摩擦的影响,飞行器蒙皮的温度随马赫数的提高而急剧上升,超过了铝合金的极限使用温度,使其强度大大削弱。
《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》

《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展,钛合金因其优良的力学性能和耐腐蚀性,在航空、航天、医疗和汽车等领域得到了广泛应用。
TA15钛合金作为一种典型的近α型钛合金,具有高强度、良好的热稳定性和抗疲劳性能,因此备受关注。
然而,其热加工过程中的组织演变和性能控制一直是研究的重点和难点。
因此,本文旨在研究TA15钛合金热加工过程中的本构模型及微观组织预测,为优化其热加工工艺和改善其性能提供理论依据。
二、文献综述近年来,国内外学者对钛合金的热加工行为进行了广泛的研究。
其中,本构模型是描述材料在热加工过程中流变行为的重要工具,对于预测和控制材料的微观组织具有重要意义。
而微观组织的演变则直接关系到材料的力学性能和耐腐蚀性等关键性能。
因此,建立准确的本构模型并预测其微观组织演变是研究钛合金热加工过程的关键。
三、TA15钛合金热加工本构模型研究(一)实验方法采用Gleeble热模拟实验机对TA15钛合金进行热压缩实验,获取不同温度、应变速率和应变量下的流变应力数据。
同时,结合金相显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等手段,观察不同条件下的微观组织演变。
(二)本构模型建立基于Arrhenius方程,建立TA15钛合金的热加工本构模型。
通过流变应力数据,确定模型中的相关参数,进而得到描述TA15钛合金流变行为的本构方程。
(三)结果分析通过对比实验数据与本构模型的预测结果,验证了所建立的本构模型的准确性。
同时,分析了不同工艺参数对本构模型的影响,为优化热加工工艺提供了理论依据。
四、微观组织预测研究(一)微观组织演变规律通过金相显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等手段,观察TA15钛合金在不同温度、应变速率和应变量下的微观组织演变规律。
重点分析α相、β相的演变过程及相界面行为。
(二)微观组织预测模型结合热加工本构模型和微观组织演变规律,建立TA15钛合金的微观组织预测模型。
激光快速成形TA15钛合金氩弧焊接头组织及力学性能_杜博睿

3. 1 显微硬度 对接头横截面水平方向进行了显微硬度测试,
分布曲线如图 7 所示. 接头各个区域中,激光成形 件热影响区硬度最高,激光成形件母材硬度次之,轧 制件母材硬度低于激光成形件,而焊缝区及轧制件 热影响区的硬度最小. 从硬度分布图可以看出,相 比轧制 TA15,激光成形 TA15 的硬度受焊接热作用 影响较小.
3. 2 室温拉伸性能 激光快速成形 TA15 与轧制 TA15 钛合金氩弧
焊接接 头 及 其 母 材 的 室 温 拉 伸 性 能 结 果 如 表 1 所示.
68
焊接学报
第 34 卷
Table 1
表 1 氩弧焊接接头及母材拉伸性能 Tensile properties of argon-arc welding joint and base metal
第 3 4 卷第 11 期
焊接学报
焊接方法对钛合金板焊接接头组织性能的影响研究

2023年 5月下 世界有色金属129前沿技术L eading-edge technology焊接方法对钛合金板焊接接头组织性能的影响研究王 刚(西安核设备有限公司,陕西 西安 710021)摘 要:本文通过对不同焊接方法下钛合金板接头组织性能展开研究,对比分析了氩弧焊、冷焊、激光焊、电子束焊以及电阻点焊之间的异同之处,对使用各焊接方法的焊接接头进行强度、硬度、塑性、韧性对比,综合判断各焊接方法的优缺点与适用环境。
实验结果表明:氩弧焊最好使用TA18焊丝,接头强度平均值为982.5MPa,伸长率为7.5%,强度和塑性匹配良好;冷焊焊缝区硬度小于热影响区,且不宜发生变形,平均接头强度为974.5MPa;激光焊接头伸长率与母材相似,平均接头强度为956.5MPa;电阻点焊接头的剪切应力与薄板件厚度、焊接电流强度和通电时间等因素正向相关。
综合分析发现,对焊接质量要求较高的,需要使用高精度的电子束焊接。
关键词:TC4钛合金;焊接方法;金相组织;组织性能中图分类号:TG457.1 文献标识码:A 文章编号:1002-5065(2023)10-0129-3Study on the Effect of Welding Methods on the Microstructure andProperties of Titanium Alloy Plate Welding JointsWANG Gang(Xi'an Nuclear Equipment Co., Ltd,Xi’an 710021,China)Abstract: This paper studies the microstructure and properties of titanium alloy plate joints under different welding methods, compares and analyzes the similarities and differences between argon arc welding, cold welding, Laser beam welding, electron beam welding and resistance spot welding, compares the strength, hardness, plasticity and toughness of welded joints using various welding methods, and comprehensively judges the advantages and disadvantages of each welding method and the applicable environment. The experimental results show that TA18 welding wire is the best choice for argon arc welding, with an average joint strength of 982.5MPa and an elongation of 7.5%. The strength and plasticity match well; The hardness of the cold welded seam area is smaller than that of the heat affected zone and should not undergo deformation. The average joint strength is 974.5MPa; The elongation of laser welded joint is similar to that of base metal, and the average joint strength is 956.5MPa; The shear stress of resistance spot welding joints is positively correlated with factors such as thin plate thickness, welding current intensity, and electrification time. Through comprehensive analysis, it was found that those with high requirements for welding quality require the use of high-precision electron beam welding.Keywords: TC4 titanium alloy; Welding method; Metallographic structure; Organizational performance收稿日期:2023-03作者简介:王刚,男,生于1978年,汉族,陕西西安人,本科,工程师,研究方向:焊接工艺及焊接技能培训。
TA15钛合金扩散钎焊界面微观组织及性能研究

TA15钛合金扩散钎焊界面微观组织及性能研究李雪飞;邹鹤飞;陈志凯;岳海金;高晶;邢斌;王硕【摘要】TA15 alloy is vacuum brazed with Ti37.5Zr15Cu10Ni ifller metal. The microstructure of in-terface diffusion welding brazing is analyzed. Meanwhile, the mechanical properties of the joint are tested at room temperature and low temperature of liquid nitrogen. The results show that the fast diffusion between the solder and the TA15 alloy occurs, and the microstructure of weld is needle like. The joints are brittle fracture in the joint at room temperature and low temperature of liquid nitrogen. The tensile strength of the joints at room temperature reaches 93.8%of the base material.%采用钛基钎料Ti37.5Zr15Cu10Ni作为中间层对TA15钛合金进行了真空扩散钎焊,对扩散钎焊接头界面微观组织进行了分析,同时测试了接头室温和液氮低温力学性能。
试验结果表明:钎料与TA15基体发生了快速的互扩散,焊缝微观组织全部呈针状,接头室温和液氮低温状态下均脆断于焊缝,室温拉伸强度达到基体材料拉伸强度的93.8%。
【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2015(000)017【总页数】3页(P73-75)【关键词】扩散钎焊;TA15钛合金;力学性能;微观组织【作者】李雪飞;邹鹤飞;陈志凯;岳海金;高晶;邢斌;王硕【作者单位】首都航天机械公司;首都航天机械公司;首都航天机械公司;首都航天机械公司;首都航天机械公司;首都航天机械公司;首都航天机械公司【正文语种】中文钛合金由于具有高比强度、耐蚀、耐温和耐热等优点,在国内外航空、航天领域得到广泛研究和应用。
《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》范文

《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》篇一摘要:本文针对TA15钛合金热加工过程中的本构关系及微观组织演变进行深入研究。
通过构建热加工本构模型,揭示了材料在热加工过程中的力学行为与工艺参数之间的内在联系。
同时,结合微观组织预测研究,对材料在热处理过程中的组织演变进行了模拟分析,为TA15钛合金的优化设计和加工工艺提供了理论依据。
一、引言TA15钛合金作为一种重要的航空结构材料,具有优异的力学性能和高温稳定性。
在航空、航天等领域的广泛应用中,其热加工过程对最终产品的性能起着决定性作用。
因此,研究TA15钛合金热加工过程中的本构关系及微观组织演变,对于优化其加工工艺、提高产品性能具有重要意义。
二、TA15钛合金热加工本构模型构建1. 材料与实验方法采用TA15钛合金作为研究对象,通过热模拟实验,获取不同温度、应变速率和变形程度下的力学性能数据。
2. 本构方程的建立基于实验数据,运用数理统计方法,建立TA15钛合金的热加工本构模型。
该模型能够反映材料在热加工过程中的流变行为与温度、应变速率及变形程度之间的内在联系。
3. 模型验证与分析通过对比实验结果与模型预测值,验证了所建立的本构模型的准确性。
分析表明,该模型能够有效地描述TA15钛合金在热加工过程中的力学行为。
三、微观组织预测研究1. 微观组织演变机理通过金相显微镜、扫描电镜等手段,观察TA15钛合金在热处理过程中的微观组织演变。
分析表明,材料的微观组织演变受温度、时间及应变速率等因素的影响。
2. 微观组织预测模型的建立基于材料科学原理和热力学理论,建立TA15钛合金的微观组织预测模型。
该模型能够模拟材料在热处理过程中的组织演变过程。
3. 预测结果与分析利用所建立的微观组织预测模型,对TA15钛合金在热处理过程中的组织演变进行模拟分析。
结果表明,预测结果与实际观察结果吻合度较高,证明了模型的准确性。
四、结论本文通过构建TA15钛合金的热加工本构模型和微观组织预测研究,揭示了材料在热加工过程中的力学行为与工艺参数之间的内在联系,以及微观组织演变规律。
《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》范文
《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展,钛合金因其优异的力学性能和良好的耐腐蚀性,广泛应用于航空、航天、海洋工程等高技术领域。
其中,TA15钛合金作为一种高强度、低密度的金属材料,在许多应用领域表现出了显著的优势。
为了进一步探索TA15钛合金的性能特点及其应用潜力,本文将对其热加工本构模型及微观组织预测进行研究。
二、TA15钛合金热加工本构模型研究(一)本构模型概述本构模型是描述材料在热加工过程中应力、应变、温度和速度等参数之间关系的数学模型。
对于TA15钛合金而言,建立准确的热加工本构模型,有助于更好地掌握其热加工过程中的力学行为和工艺特点。
(二)模型建立与验证本研究通过实验方法获取了TA15钛合金在不同温度、应变速率和变形程度下的力学性能数据。
基于这些数据,建立了TA15钛合金的热加工本构模型。
同时,通过与实际生产过程中的数据进行对比,验证了模型的准确性和可靠性。
(三)模型应用TA15钛合金热加工本构模型的应用,主要包括优化工艺参数、预测材料性能和指导生产实践等方面。
通过该模型,可以更好地掌握TA15钛合金在热加工过程中的力学行为,从而为优化工艺参数和预测材料性能提供有力支持。
同时,该模型还可以为指导生产实践提供重要依据,提高生产效率和产品质量。
三、微观组织预测研究(一)微观组织概述微观组织是材料性能的重要决定因素之一。
对于TA15钛合金而言,其微观组织主要包括晶粒大小、相组成和分布等。
通过研究这些微观组织的演变规律,可以更好地掌握TA15钛合金的性能特点和应用潜力。
(二)预测方法本研究采用先进的计算机模拟技术,结合TA15钛合金的热加工本构模型和微观组织演变规律,建立了微观组织预测模型。
该模型可以有效地预测TA15钛合金在不同热加工条件下的微观组织演变情况。
(三)预测结果与分析通过微观组织预测模型,我们可以预测TA15钛合金在不同热加工条件下的晶粒大小、相组成和分布等情况。
TA15钛合金高压电子束焊接接头力学性能研究
微孔聚集型塑性断裂。韧窝和撕裂棱高度反
映了试样断裂时塑性变形的程度,同时也反
映了裂纹扩展时消耗能量的大小,观察韧窝 b)
和撕裂棱高度可以定性地分析材料的断裂
韧性和止裂能力。韧窝是由正应力拉断时形
成的。
对疲劳源进行能谱分析,发现疲劳源区
小球体与 TA15 标准化学成分比较,Mo、V
偏高,Al、Zr 偏低,由于 Mo、V 为 β 相稳
重要因素。疲劳破坏是机械零部件早期失效 的主要形式。据统计,约有80%以上零部件 失效是由疲劳引起的,其中大多数是突然断 裂。随着现代机械向高速和大型化方向发 展,许多零部件在高温、高压、重载和腐蚀 等恶劣工况下运行,疲劳破坏事故更是层出 不穷。因此,研究焊接接头的疲劳性能对提 高焊接构件的使用可靠件和使用寿命有着 十分重要的意义【4】。
2674456,2548932
470
7572936
指定寿命 N=1×107
462 >10000000,7407699,2001369σD=453.43MPa
>10000000,>10000000
454 5810631,7852455,4654502
8566449,>10000000,>
446
10000000,>10000000
表 2 TA15 钛合金高压电子束焊接工艺参数
加速 电压
焊接 束流
聚焦 电流
焊接 高度
焊接 速度
150 kV 27mA 356mA 292mm 0.8m/min
针对 TA15 钛合金,根据以往的经验,
我们选择五种焊后真空热处理制度,通过静
力试验,优化出较好的热处理工艺,各种热
处理规范工艺参数如表 3 所示。
4
超声冲击对TA15钛合金焊接接头的影响_尤逢海
在显微硬度计上测试焊接接头表面和断面的显 微硬度 , 载荷 为 100 g, 加载 时 间 为 10 s。 按 GB/ T2654— 1989进行 , 接头表面显微硬度的测试点是以 焊缝中心为起点沿垂直于焊缝方向往两边测量 , 相邻 两点的间距为 500 μm;焊缝断面显微硬度的测试点 是以焊缝突起顶部为起点沿垂直于焊缝方向一致测 到焊缝底部 , 相邻两点的间距为 100 μm;其中显微硬 度值均为 5次测量的平均值 。 2 结果与分析 2.1 超声冲击处理对焊接接头组织的影响
从图 1可以看出 , 焊缝区以及热影响区的组织相 比于母材的组织都发生了明显的变化 , 由等轴的 β + α组织转变成了魏氏组织 , 原因是氩弧焊焊接热输入 量大 , 温度高 , 高温停留时间长 , 使得针状 α组 织充 分长大 , 焊缝组织为较多不 规则的粗大针状 α的魏 氏组织 , 在焊接热影响区靠近焊缝区域 , 由于氩弧焊
882.1 771.8 893.7 754.8
16.6 2.70 18.7 3.80
图 3为 TA15钛合金焊板超声冲击前后的 焊缝 及母材拉伸断口形貌图 , 可以看出 , 断口都属于韧窝
型 , 母材区域 [图 3(a)和 (b)] 的断口韧窝较焊缝区 [ 图 3(c)和 (d)] 的断口韧窝要细小 。韧窝细小说明 材料塑性好 , 所以焊板母材区域的材料力学性能 (强
2.3 超 声冲 击处理 对显 微硬 度的 影响 2.3 .1 表 面显 微硬 度的 变化
图 4为超声冲击处理前后 TA15钛合金接头表 面显微硬度的分布图 。 可以看出 , 未处理的焊接接头 的焊缝中心区的显微硬度最低 , 为 360 HV左右 , 由 焊缝中心往两侧硬度逐渐上升 , 在熔合线附近硬度出 现最大值 (410 HV), 之后硬度开始降低并逐渐趋于 稳定 , 在 375 HV上下波动 , 但母材区的硬度要比焊 缝中心高 。超声冲击处理在材料内部形成微观塑性 变形层 , 加工硬化作用使超声冲击作用区显微硬度明 显提高 , 并且改善了原焊缝区与母材区硬度分布的不 均匀性 , 焊缝中心的显微硬度值上升的幅度较大 , 与 超声冲击处理后母材的硬度相当 。可见与母材相比 , 焊缝区和热影响区硬度提高更为明显一些 。
钛合金焊接接头组织性能研究进展
钛合金焊接接头组织性能研究进展发布时间:2023-02-23T03:22:11.841Z 来源:《工程管理前沿》2022年19期作者:崔庆龙李忠原王风雅[导读] 钛合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性好的特点,崔庆龙李忠原王风雅航天海鹰(哈尔滨)钛业有限公司黑龙江省哈尔滨市150000摘要:钛合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性好的特点,广泛应用于航空航天、海洋、化工等诸多领域。
其中,焊接作为一种重要的连接工艺,具有成本低、连接质量好等优点,越来越受到重视。
然而,钛合金活性强、导热性差、热量容易集中,影响了其焊接质量。
因此,如何优化焊接接头的组织、成分和分布,提高焊接接头的质量成为人们关注的焦点。
接头焊缝区的应力集中和组织不均匀成为影响焊接接头质量的重要因素。
调节钛合金焊接接头性能的方法通常有两种:一种是热处理;另一种是添加填料。
按焊前焊后热处理的顺序,可分为焊前热处理和焊后热处理。
焊前热处理是为焊接做准备,焊后热处理主要是消除残余应力,改变显微组织,优化性能。
关键词:钛合金焊接;热处理;填充物成分;组织与性能;钛合金焊接在航天、海洋、化工等众多领域广泛运用,如何优化钛合金焊接接头组织、成分及分布,提高焊接质量成为人们关注的焦点。
总结了不同热处理和填充物对钛合金焊接接头组织和性能的影响:焊后热处理可以稳定组织和调整相的尺寸及分布,提高焊接接头的强度或塑性;合适的填充焊丝和焊缝中焊丝所占的比例,可以在保证接头强度的同时改善其塑性和冲击韧性。
最后展望了钛合金焊接和填充物的研究方向。
一、钛合金的焊接性分析就相组成而言,在焊接过程中,a+β钛合金从β相冷却下来形成马氏体a相,一般情况下,随着a相的增加,合金的延性、韧性降低,加工性能较β相和a+β钛合金差。
同时,当β稳定元素含量大于3%或含钒在5%以上时,焊接性下降;对于β钛合金,其马氏体生成温度低于室温,焊缝处是亚稳β相。
但因合金元素添加量多,往往缺乏延性。