LIBS对钛合金焊缝中成分的原位统计分布分析表征

钛合金凭借其强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点已经被广泛应用于航天、海洋、生物医药等诸多领域,其中Ti-6Al-4V（TC4）合金的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好,已成为钛合金工业中的王牌合金。钛合金在激光焊接时,加入表面活性剂可以增加焊缝熔深、提高焊接效率、改善焊缝微观组织的不均匀性,但是可能会改变熔合区和焊缝区中元素含量及其分布状态,从而可能会对材料的性能产生一定的影响。运用LIBS分析技术对TC4钛合金焊接试样表面进行面扫描同步获得多元素成分信息,同时结合原位统计分布分析方法（OPA）,实现了对钛合金母材、熔合区、焊缝成分及其分布状态的快速表征,为活性剂的选择和焊接后钛合金的材料性能提供一种新的评价手段。选取了两个使用不同活性剂进行焊接的TC4钛合金薄板试样,选取焊缝纵切面方向作为分析面,采用320目的氧化铝砂纸进行表面处理,利用LIBSOPA系统进行成分分布统计表征。首先,对激发光斑和剥蚀条件进行条件优化,最终选择200 μm的激发光斑、10个预剥蚀脉冲10个剥蚀脉冲进行实验,并建立了钛合金中C,Al,V,Fe,Si和Ti六个元素的校准曲线（其中Si元素主要来自活性剂）;然后对钛合金焊接样品进行了区域扫描,并对元素含量和分布状态进行了统计表征。同时,在钛合金焊接样品的不同部位进行分区取样,采用高频红外法分析C元素含量,并与LIBSOPA结果进行比对,两种测试方法结果吻合。元素Al,V,Fe,Si和Ti分布结果与微束X荧光光谱法对应性较好。运用LIBSOPA 技术实现了对钛合金母材、熔合区、焊缝中多元素的成分分布表征,为快速判定钛合金焊缝中成分及分布状态提供了全新的评价表征手段。     

一种超高温动态力学行为测试及原位图像获取方法

提出了一种新的超高温(1 600℃)动态力学性能测试及原位图像获取方法:在原有分离式Hopkinson压杆的基础上,利用加热源为Mo Si2的超高温炉实现超高温环境,采用两个活塞组成双同步系统,利用高速摄像机记录动态变形过程。为了验证所提方法的可行性,以TC4钛合金和Si C陶瓷为研究对象,进行超高温动态力学性能测试,其中:在TC4钛合金实验中,应变率为2 000 s-1,温度范围为20~1 400℃,测得其流动应力从1.6 GPa降到150 MPa;在Si C实验中,应变率为250 s-1,温度范围为20~1 200℃,测得其压缩强度从250 MPa降到220 MPa。根据高速摄像机记录的试样动态变形过程,分析试样的破坏模式,结果表明:在高温空气环境下,TC4钛合金试样表面有氧化层裂开现象,而在氩气环境下则没有;室温下,Si C试样初始裂纹产生时的应力为压缩强度的80%,而在1 200℃下为压缩强度的99%。     

薄壁壳体零件热加工变形控制工艺

薄壁壳体材料为45CrNiMoV超高强度钢，壳体结构复杂，具有深盲孔和厚薄不均等多种影响变形因素，热加工变形较大。并且受其特殊结构的局限，热加工变形直接影响了产品质量。为了有效地控制热加工变形，保证产品质量，提高生产效率，开展了薄壁壳体零件热加工变形控制工艺研究。针对薄壁壳体零件材料和结构特点，以及冷热加工工艺和热处理操作过程中存在的问题，采用计算流体动力学（CFD）技术进行数值模拟计算，数值模拟软件平台是大型CFD商业软件FLUENT，计算方法采用有限体积法，主要计算壳体零件淬火冷却过程中的温度分布及随时间的变化情况。根据理论分析和数值模拟计算结果进行实验研究，实验内容包括预备热处理实验、焊后调质处理实验、淬火装夹方法和夹具结构实验、焊接和热处理前工件结构实验以及焊接接头组织和力学性能实验。首先对经过热加工的试样进行硬度、力学性能和组织分析，然后设计壳体结构模拟试验件进行变形研究。用HR-150DT型电动洛氏硬度计检测硬度，用GX-7大型金相显微镜进行显微组织分析，在DLY-10A型万能材料试验机和JB6型冲击试验机上检验力学性能。     

Bi系超导材料的微波焊接及其显微结构研究

微波焊接技术近年来发展较快,它有下列优点:1)能耗低;2)升温速度快;3)接头质量高等。本文研究了Bi系超导材料微波焊接的可行性。结果表明,经855℃60h热处理后,焊接试样的T_c可达107K,与焊接前试样的T_c一致,焊区强度已经高于基体。利用电子探针对焊接前后的显微结构进行了比较,发现焊区组织致密,但在后处理过程中发生再结晶,导致焊区晶粒较大,焊缝变宽且焊区内存在较多杂相。 关键词：     

超声无铆静力学性能强化试验与机制研究*

无铆连接是一种薄板材料连接新技术,可在无需预成孔和表面预处理情况下,实现同种、异种、多层薄板材料高效连接,但由于无铆接头静力学性能较低,极大地限制了该连接技术的推广与发展。为解决这一难题,本文选用5A06铝合金与TA1钛合金进行同种金属无铆铆接,并在此基础上进行了超声金属焊接复合实验,基于静拉伸测试和扫描电镜分析,探究超声焊对无铆接头力学性能的强化机制。试验结果表明：超声焊可有效提升无铆接头力学性能,特别是对于铝合金无铆接头;超声焊使得铝合金板塑性提高,钛合金板则得到硬化;超声焊后无铆接头的受力形式发生改变,从颈部受力变为先焊合区受力再颈部受力,这是超声焊复合强化的根本原因;超声焊可使铝合金无铆接头内部形成一定深度的固相焊,使铝合金接头力学性能得到大幅提升;TA1钛合金无铆接头内部固相焊较浅,力学性能提升相对较低。     

ITER TF铠甲焊缝力学性能研究

ITER TF线圈的CICC导体套管由316LN不锈钢管采用氩孤焊自熔对焊连接而成.选择三种不同的316LN不锈钢管为研究对象,它们分别为母材管、焊接未变形管和焊接后经过8%的冷作变形和650℃下200小时的老化处理的316LN不锈钢管,在室温下对这三种型号的不锈钢管进行拉伸试验,对前两种材料进行冲击试验,同时在4.2...     

TC6钛合金激光喷丸组织演变与表面强化机理

研究了激光喷丸(LP)TC6钛合金的组织演变对表面强度的影响机理。结果表明,LP后材料表面的显微硬度和残余应力均随功率密度的增加而增大,LP引起的硬度影响层和残余应力影响层的深度也随功率密度的增加而增大,且影响层深度为500~600μm。LP对TC6钛合金强度的影响机理包括细晶强化和位错强化,晶粒细化使大角度和小角度晶界增多,而晶界能阻止材料发生屈服;LP产生的高密度位错可使材料的屈服强度提高,阻碍位错的运动,抑制裂纹的萌生,从而使材料的力学性能提高。     

等离子体电弧现象的高速摄影及分析研究

通常TIG（Tungsten Inert Gas）进行不锈钢焊接时，熔深一般为2-3mm，对于厚板材料的焊接就必须来用其它工艺方法，焊接效率低。其原因是TIL焊时电弘在空间上分散，电弧的热流密度和电弧电压强较低。目前国内外为提高TIG焊的熔深，正在研究在焊接工件表面涂数活性焊剂的ATIG（Actire Tungsten Inert Gas）这一全新焊接方法。对ATIG焊时增加熔深的机理，各研究报道多处于假设与猜想阶段，尚无实验证明。本实验中用表面涂敷SiO2、TiO2、氟化物单一纯净物及三者按一定比例混合的混合物，对不锈钢进行TIG焊，通过高速摄影技术及照片分析，对ATIG的等离子体电弧及焊缝熔深进行了实验研究。结果表明：表面涂敷活性焊剂后，TIG焊电弧形态发生显著变化。氟化物使电弧更加分散，而SiO2、TiO2及三者混合物促使电弧明显收缩，电弧内高温等离体流速增大，热量集中。与正常TIG焊相比熔深增加2-3倍，大大提高了焊接效率。     

钛合金的激光诱导击穿光谱快速分类

利用激光诱导击穿光谱技术快捷、实时、原位、微损、多元素同步分析的优势,对相同牌号下不同国标编号的钛合金进行分析,以实现对钛合金快速精确的分类识别.用激光诱导击穿光谱技术采集钛合金于各激光强度与延时下的光谱,通过对比6个特征处的峰值强度与信噪比获得最优条件.结合K最邻近算法,对最优条件下采集的TC4钛合金数据进行处理,并...     

铍焊接填充材料的应用

铍的焊接常出现裂纹和气孔。焊接时加填充材料，然后再考虑接头结构设计、焊接工艺参数调整、焊前预热和焊后缓慢冷却等措施，它们之间协调匹配，可有效地阻止铍焊接产生裂纹。在焊接不开裂的情况下设法减轻和消除气孔缺陷。填充材料的加入，主要是改善焊缝的性能，减少焊接应力进而改善材料的焊接性。     

YBa2Cu3Ox（123）超导体的微波焊接及其对微观结构的影响

对Ｙ－系（１２３）相超导材料的微波焊接进行了初步研究，结果表明微波快速焊接后的试样，经９６０℃空气中退火１５ｈ后炉冷，其Ｔｃ可恢复至８９．７Ｋ，比焊接前试样的Ｔｃ低１．６Ｋ。利用电子探针对焊接前后样品的显微结构进行了比较，发现焊区组织致密，但在后处理过程中超导相发生了再结晶，导致焊缝变宽，气孔因素聚集而变大。同时用电子微探针分析仪发现，焊接后焊区普遍存在Ｙ２ＢａＣｕＯｘ相、Ｂａ２－ｙＣｕｙＯｘ相和     

激光冲击强化对激光增材TC4钛合金组织和抗氧化性的影响

近年来,激光增材制造技术(3D打印)成为科学研究及工业应用领域的热点。为了研究激光冲击强化对增材制造TC4钛合金性能的影响,本文采用能量为5 J,波长为1 064 nm,脉宽为10 ns,光斑直径为3 mm的脉冲激光对3D打印TC4钛合金进行激光冲击强化,分析了激光冲击强化前后材料的显微硬度、显微组织、残余应力以及高温氧化性能。结果表明,经过激光冲击强化后,材料的显微硬度比激光冲击强化前提高了8%,影响层深度达到0.4 mm,强化区域的晶粒得到细化,位错增多,并产生形变孪晶;激光冲击强化的残余压应力数值高达472 MPa,材料的高温抗氧化性能也得到改善。     

机械工业部哈尔滨焊接研究所

机械工业部哈尔滨焊接研究所成立于1956年。是焊接行业的综合性研究机构,主要从事金属的焊接行为、焊接材料、焊接工艺、焊接设备、焊接结构、热切割工艺及相应设备、焊接测试等综合性研究与开发。现有职工600多人,其中高级工程师、工程师等科技人员340多人。建筑面积2万多平方米,设有可焊性、焊接力学、低合金钢、高合金钢、电子束焊、等离子焊、气电焊、埋弧焊、水下焊、摩擦焊、堆焊、机器人焊、热切割、理化检验等93个不同试验室。专业齐全,技术力量雄厚,拥有现代化的测试仪器设备,具备焊接科学技术的综合研究与开发的能力。中国机械工程学会焊接学会秘书处,焊接技术标准委员会、国家焊接材料产品质量监督检验中心、机械工业部火焰切割检测中心、由德国援建的焊接技术培训中心等部门均设置于此;     

高应变率下TC4及TC9钛合金的动态断裂

 报导了由短脉冲激光引起的应力波加载及电炮驱动Mylar膜平面飞片碰撞TC4、TC9钛合金靶的实验及数值计算研究结果。由回收靶样品的金相分析表明：在电炮驱动飞片碰撞及由激光引起的应力波加载所造成的应变率分别在10⁶ s^-1左右及10⁷ s^-1以上两种情形下，TC4、TC9钛合金的层裂特性都是以微孔洞的成核、增长、汇合为特征的韧性断裂。运用一维流体弹塑性动力学程序进行数值研究表明：成核增长NAG模型在一定程度上可以用来描述高应变率下TC4、TC9钛合金的损伤破坏特性。     

YBa2Cu3Ox(123)超导体的微波焊接及其对微观结构的影响

对Ｙ－系（１２３）相超导材料的微波焊接进行了初步研究，结果表明微波快速焊接后的试样，经９６０℃空气中退火１５ｈ后炉冷，其Ｔ_c可恢复至８９．７Ｋ，比焊接前试样的Ｔ_c低１．６Ｋ。利用电子探针对焊接前后样品的显微结构进行了比较，发现焊区组织致密，但在后处理过程中超导相发生了再结晶，导致焊缝变宽，气孔因聚集而变大。同时用电子微探针分析仪发现，焊接后焊区普遍存在Ｙ₂ＢａＣｕＯ_x相、Ｂａ_2-yＣｕ_{y 关键词：}     

热塑性塑料的激光焊接实验研究

建立了半导体激光焊接系统，在此系统上进行了热塑性塑料的激光焊接实验，研究了不同颜料有机玻璃材料组合的激光焊接可行性，进行了有机玻璃的激光焊接实验，并对焊接样品的焊接强度进行了测试。     

中国聚变工程实验堆水冷包层钢构件流道成形控制研究

针对CFETR水冷包层流道钢构件热等静压制备时易变形压塌问题，利用单轴扩散焊设备开展了焊接工艺参数优化试验。在此基础上，重新设计了流道焊接界面位置和尺寸，用两步热等静压扩散焊法制备出了流道变形可控的平板型第一壁钢构件模块。优化试验表明，低活化钢试样的固相扩散焊温度需高于950℃，焊后经过760℃/60min回火热处理试样力学性能可以得到有效回复。     

铜-铝扩散焊及拉伸的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了铜-铝扩散焊过程，分析了理想平面铜-铝试件(001)晶面间扩散焊的过渡层厚度，并利用径向分布、键对分析方法分析了在不同的降温速率下过渡层的结构变化.降温速率大时，过渡层保持原有无序结构，降温速率小时，过渡层从无序结构向面心立方结构转变.还对扩散焊后的铜-铝试件进行了拉伸模拟，并与尺寸大小相近的单晶铜和单晶铝的拉伸模拟结果进行比较.结果发现焊接后的强度比单晶铝和单晶铜的强度都要小，最大应变值也小.     

焊后热处理对核聚变用316LN焊接接头的影响

采用了TIG对核聚变用316LN奥氏体不锈钢进行焊接,并对焊接接头进行了焊后热处理,利用光学显微镜、扫描电镜分析手段研究了焊后热处理对焊接接头微观组织和力学性能的变化。试验结果表明,焊缝中为奥氏体组织,并未发现第二相析出物存在。焊后热处理对接头的拉伸性能影响不大,均断裂在母材位置,但显著提高了接头的延伸率。接头低温冲击试验也展现了良好的抗低温冲击性能。断口分析发现,接头呈韧性断裂。     

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采用了TIG对核聚变用316LN奥氏体不锈钢进行焊接,并对焊接接头进行了焊后热处理,利用光学显微镜、扫描电镜分析手段研究了焊后热处理对焊接接头微观组织和力学性能的变化.试验结果表明,焊缝中为奥氏体组织,并未发现第二相析出物存在.焊后热处理对接头的拉伸性能影响不大,均断裂在母材位置,但显著提高了接头的延伸率.接头低温冲击试验也展现了良好的抗低温冲击性能.断口分析发现,接头呈韧性断裂.