TC4鈦合金TIG填絲堆焊成型技術(shù)研究.pdf

1、TC4鈦合金因其較高的比強(qiáng)度、優(yōu)良的高溫性能及耐腐蝕性能在航空和航天領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。鈦合金零件通常在鑄造或者鍛造后經(jīng)過機(jī)械加工成形,復(fù)雜零件的加工要切削掉超過90％的材料。鈦合金成本昂貴,零件制造成本高、效率低。堆焊成型技術(shù)是以逐層堆焊獲得近凈成形、致密零件的一種方式。通過這種方式制造零件優(yōu)勢(shì)明顯,一方面制造過程無需模具、制造時(shí)間短,另一方面僅需少量的后續(xù)機(jī)械加工。因?yàn)門IG焊成本低、無飛濺、成形效果好,本文對(duì)TIG填絲堆焊成型技

2、術(shù)用于制造TC4鈦合金構(gòu)件進(jìn)行了研究,以期掌握焊接工藝及其對(duì)成型尺寸及組織性能的影響規(guī)律,目前國(guó)內(nèi)尚無關(guān)于該技術(shù)研究的公開報(bào)道。
　　本文基于正交試驗(yàn)方法研究了單層堆焊工藝參數(shù)對(duì)成型尺寸的影響,得到了各個(gè)工藝參數(shù)對(duì)焊縫熔寬、余高、熱影響區(qū)寬度和深度的影響規(guī)律,并用趨勢(shì)圖對(duì)工藝參數(shù)對(duì)成型尺寸的影響規(guī)律進(jìn)行了描述,用極差對(duì)工藝參數(shù)對(duì)成型尺寸影響的主次進(jìn)行了描述,發(fā)現(xiàn)焊接電流是影響焊縫熔寬的最重要的因素,而送絲速度對(duì)余高的影響最大,并得

3、到了熔寬、余高和焊接工藝之間的多元線性回歸方程。
　　利用不同的工藝參數(shù)分別得到了成型良好的直壁形構(gòu)件,研究了構(gòu)件的宏觀形貌及其微觀組織特征。根據(jù)微觀組織特征的差異將堆焊成型構(gòu)件橫截面分為上部和中下部,構(gòu)件上部微觀組織由α′相、αm相、少量網(wǎng)籃組織以及β相組成,構(gòu)件中下部微觀組織由網(wǎng)籃組織、團(tuán)束組織、層片狀組織、少量殘余α′相以及β相組成,此外,堆焊成型構(gòu)件橫截面還出現(xiàn)了條帶組織、圓弧形亮紋等特殊組織形貌。研究了堆焊成型的溫度場(chǎng),

4、并利用有限元分析軟件對(duì)其進(jìn)行了模擬分析。利用控制變量法研究了焊接工藝對(duì)微觀組織的影響,得到了焊接電流、焊接速度、送絲速度以及層間間隔時(shí)間對(duì)微觀組織的影響規(guī)律。
　　測(cè)試了不同工藝參數(shù)下所得構(gòu)件的力學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)了堆焊成型構(gòu)件力學(xué)性能的各向異性。在所選參數(shù)范圍內(nèi),力學(xué)性能指標(biāo)均能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,其中,當(dāng)焊接電流為120A,焊接速度為0.25m/min,送絲速度為1.6m/min,層間間隔時(shí)間為3min時(shí),所得構(gòu)件在X方向的抗拉強(qiáng)度達(dá)到9