TC4鈦合金激光焊接接頭溶質(zhì)元素分布及不均勻性的研究.pdf

1、鈦合金具有比剛度高、比強(qiáng)度高，耐腐蝕性好、耐熱性高、良好的塑韌性以及較好的加工性等優(yōu)點(diǎn)，已成為應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、航空航天、石油化工和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的重要材料，在尖端科學(xué)和高新技術(shù)方面占有重要地位。激光焊接作為一種發(fā)展逐漸成熟的高能束焊接方式，其能量密度高、加熱集中、焊接速度快、焊縫成形好、焊件變形小、易實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)，因此必將成為鈦合金焊接的主流方式。
　　本文試驗(yàn)研究了TC4鈦合金光纖激光焊接工藝參數(shù)對焊接接頭成形的影響，同時對焊

2、接接頭的溶質(zhì)元素分布以及組織與力學(xué)性能的不均勻性進(jìn)行了研究。采用掃描電子顯微鏡（SEM）、EDS、維氏硬度和萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)等技術(shù)研究了預(yù)置合金粉末TC4鈦板激光焊接接頭成分分布、組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。同時探究了溶質(zhì)元素分布形成機(jī)理及其對鈦合金激光焊接接頭力學(xué)性能的影響。現(xiàn)基于以上試驗(yàn)與分析結(jié)果得出如下結(jié)論：
　?。?）針對3.0mm厚的TC4鈦合金板材，進(jìn)行光纖激光堆焊試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著激光功率的增大，鈦合金激光焊縫的熔深、熔

3、寬和余高均逐漸增大，而激光功率對熔深的影響程度更大；隨著焊接速度的減小，熔深、熔寬和余高均逐漸增加，且咬邊程度也逐漸增大，而焊接速度對熔寬的影響更大。
　?。?）鈦合金激光焊縫氣孔主要分為工藝特征氣孔與冶金特征氣孔兩大類。
　?。?）通過在TC4鈦合金板上預(yù)制不同配比的Al、Si混合粉末進(jìn)行激光焊接，得到不同種類的焊縫，分析認(rèn)為，激光熔透焊焊縫溶質(zhì)元素的分布，主要取決于熔池流動與自身的擴(kuò)散作用。
　?。?）元素硅的加入

4、可顯著改善熔池的流動性，使得熔池運(yùn)動更為劇烈，從而使焊縫各區(qū)域溶質(zhì)元素的分布更為均勻。
　?。?）試驗(yàn)選取以針狀馬氏體為代表，通過測量計算其晶粒尺寸的變化來反映焊接接頭組織的不均勻性。三組（組Ⅰ：未添加合金粉末的TC4鈦合金、組Ⅱ：添加Al粉TC4鈦合金、組Ⅲ添加90％Al粉和10%Si粉的TC4鈦合金）焊接接頭的晶粒尺寸在熔寬與中心線方向均顯示出了一定程度上的變化。
　?。?）試驗(yàn)選取三組焊接接頭上部、中部、底部沿熔寬方向

5、打點(diǎn)測試顯微硬度，并且也測試了焊縫中心線方向上的硬度，從而發(fā)現(xiàn)了焊接接頭力學(xué)性能上的不均勻性。組Ⅰ焊接接頭各層硬度差別不大，且各層硬度均呈“馬鞍狀”分布，最高值出現(xiàn)在熔合線附近，焊縫中心線方向硬度變化也較為平緩，硬度最低值出現(xiàn)在焊縫中部；組Ⅱ焊縫各層硬度差別較大，且各層硬度均呈“凸臺狀”分布，硬度最高值出現(xiàn)在焊縫中心區(qū)域，焊縫中心線方向硬度變化較大，中上部硬度較高，硬度最低值出現(xiàn)在焊縫中下部；組Ⅲ焊縫各層硬度差別略大，但變化較組Ⅱ焊縫更