TA15合金TIG焊及焊后氢处理对接头组织和性能的影响

论文摘要

本文研究了不同TIG焊接工艺参数及焊后氢处理对TA15合金焊接接头组织和性能的影响;并初步建立了TA15合金TIG焊接接头组织转变模型及熔合区气孔形成机制。利用金相显微镜、透射电子显微（TEM）镜观察了焊缝的组织形貌。利用扫描电镜（SEM）观察了拉伸断口形貌。在CMT5305型电子万能力学试验机和HV-5型维氏硬度计上进行力学性能测试。研究结果表明,减小焊接电流或者加快焊接速度将引起熔池面积变小,焊接接头处出现气孔、减薄,熔合区出现冷裂纹。增大焊接电流使焊缝区组织粗大,晶粒内部针状马氏体增多,接头硬度、强度和塑性都有所提高。开坡口使接头熔池面积变小,熔宽减小。焊缝铸造组织和热影响区晶粒有所细化,晶界明显,α′相增多。两次重熔组织粗大,焊缝区β晶粒内α相网篮状排列,强度和塑性略有提高,但随着重熔次数的增加,组织更加粗大,强度和塑性都呈下降趋势。装配间隙会引起严重地焊接变形与减薄,开坡口对消除缺陷有一定的作用。拉伸断口有明显的撕裂棱和平台区域,断裂方式是沿晶断裂,有较浅的、不均匀的韧窝区域。TA15合金TIG焊缝以联生结晶形成的β柱状晶为主,垂直于熔合线竖直向焊缝表面以平面晶方式生长。焊缝精细结构主要是板条α′钛马氏体。气孔特征研究表明,钛合金TIG焊产生形状规则,尺寸小、孔壁光滑的冶金特征气孔,乃气体依附“气孔核”聚集长大所致,与表面污染有关。经过700℃/3h渗氢处理,TA15合金中形成平行排列的条状δ氢化物,对组织形貌产生了模糊作用,焊缝区大晶粒的内部产生了大量的针状马氏体α"相,具有一定的方向性。共析处理使亚稳β（H）和α"相逐渐分解为α和δ氢化物。真空除氢过程中δ氢化物分解、H2逸出,钛合金发生再结晶。氢处理使焊接件组织很大程度地细化,由平面柱状晶向等轴晶转变,晶内非平衡相减少,力学性能有较大提高。经过700℃/3h渗氢+300℃/8h共析+750℃/8h真空去氢的焊接件强度提高25.7%,塑性提高37.6%。氢处理焊接件拉伸断口宏观上比较平坦,平台区域很难观察到析出的针状α相,仍属于沿晶断裂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 钛及钛合金的焊接性能
• 1.2.1 钛及钛合金焊接特性
• 1.2.2 钛及钛合金焊接方法
• 1.2.3 钛及钛合金焊接组织与性能
• 1.3 钛合金的焊后热处理技术
• 1.3.1 钛合金热处理现状
• 1.3.2 钛合金氢处理技术
• 1.4 本文的研究目的和研究内容
• 第2章 材料及试验方法
• 2.1 试验材料及试样制备
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 渗氢工艺试验
• 2.2.2 氢含量的测定
• 2.2.3 真空除氢试验
• 2.2.4 拉伸性能试验
• 2.2.5 显微组织观察
• 2.2.6 维氏硬度测量
• 2.2.7 共析处理
• 第3章 焊接工艺对TA15 合金焊接接头组织的影响
• 3.1 不同TIG焊接工艺对TA15 合金微观组织的影响
• 3.1.1 焊接电流和焊接速度的影响
• 3.1.2 钨极位置的影响
• 3.1.3 坡口的影响
• 3.1.4 重熔处理的影响
• 3.1.5 装配间隙的影响
• 3.2 TA15 合金TIG焊接头组织转变模型
• 3.2.1 焊缝区组织转变模型
• 3.2.2 热影响区组织转变模型
• 3.3 本章小结
• 第4章 TIG焊接工艺对TA15 合金性能的影响
• 4.1 不同TIG焊接工艺对TA15 合金力学性能的影响
• 4.1.1 焊接电流对焊接接头硬度的影响
• 4.1.2 不同焊接工艺对焊接接头拉伸性能的影响
• 4.2 典型焊接件拉伸断口分析
• 4.3 钛合金TIG焊气孔形成机理研究
• 4.3.1 钛合金TIG焊缝X-ray成像特征
• 4.3.2 钛合金TIG焊气孔的光学显微镜观察
• 4.3.3 钛合金TIG焊气孔扫描电镜（SEM）观察
• 4.3.4 钛合金TIG焊气孔形成机理分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 热处理对焊接接头组织和力学性能的影响
• 5.1 真空热处理对TA15 合金焊接件显微组织影响
• 5.2 渗氢处理对TA15 合金焊接接头显微组织的影响
• 5.2.1 渗氢处理对TA15 合金焊接接头显微组织的影响
• 5.2.2 焊缝熔合区的相形态与亚结构
• 5.3 共析处理对TA15 焊接接头显微组织的影响
• 5.4 除氢处理对TA15 焊接接头显微组织的影响
• 5.4.1 TA15 合金焊接件的除氢工艺
• 5.4.2 除氢处理对接头显微组织的影响
• 5.5 不同热处理工艺对焊接接头力学性能的影响
• 5.5.1 不同热处理工艺下焊接接头硬度变化规律
• 5.5.2 不同热处理工艺下焊接接头拉伸性能
• 5.6 焊接件的拉伸断口分析
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢