草稿厚板鈦合金窄間隙tig焊接工藝研究畢業(yè)論文

1、<p>　　厚板鈦合金窄間隙TIG焊接工藝研究</p><p><b>　　崔 慶 龍</b></p><p>　　院 (系)： 材料科學與工程 專 業(yè)：焊接技術與工程</p><p>　　學　　號： 1072910104 指導教師： 呂世雄 馮吉才</p><p>&

2、lt;b>　　2011年6月</b></p><p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　題 目 厚板鈦合金窄間隙TIG</p><p><b>　　焊接工藝研究</b></p><p>　　專 業(yè) 焊接技術與工程

3、</p><p>　　學　　 號 1072910104 </p><p>　　學 生 崔 慶 龍 </p><p>　　指 導 教 師 呂世雄 馮吉才 </p><p>　　答 辯 日 期 2011年6月29日 <

4、;/p><p>　　哈爾濱工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文）評語</p><p>　　姓名： 崔 慶 龍 學號： 1072910104 專業(yè)： 焊接技術與工程 </p><p>　　畢業(yè)設計（論文）題目：厚板鈦合金窄間隙TIG焊接工藝研究 </p><p>　　工作起止日期： 2010 年 10 月

5、 8 日起 2010 年 6 月 29 日止</p><p>　　指導教師對畢業(yè)設計（論文）進行情況，完成質量及評分意見：</p><p>　　______________________________________________________________________________________________________________________

6、____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7、_________________________________________ ____________</p><p>　　指導教師簽字： 指導教師職稱： </p><p><b>　　評閱人評閱意見：</b></p>

8、;<p>　　______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

9、_______________________________________________________________________________________________________________________________ _______</p><p>　　_____________________________________________________

10、________________________________________________________________________________ ___</p><p>　　___________________________________________________________ _________</p><p>　　_________________

11、________ __</p><p>　　評閱教師簽字：_________ ______ 評閱教師職稱：_________ _____</p><p><b>　　答辯委員會評語：</b></p><p>　　_______________

12、____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

13、_________________________________________________________________________________________________________________________________________________ __________</p><p>　　根據(jù)畢業(yè)設計（論文）的材

14、料和學生的答辯情況，答辯委員會作出如下評定：</p><p>　　學生 畢業(yè)設計（論文）答辯成績評定為： </p><p>　　對畢業(yè)設計（論文）的特殊評語：</p><p>　　_______________________________________________________________

15、____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

16、_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________<

17、;/p><p>　　答辯委員會主任（簽字）： 職稱：______ __________</p><p>　　答辯委員會副主任（簽字）： </p><p>　　答辯委員會委員（簽字）：___________ ___________ ____

18、_______ __________ __________ ___________ ___________ ___________ __________ __________ ___________ ___________ ___________ __________ __________</p><p>　　年 月 日</p><p>　　哈爾濱工業(yè)大學畢業(yè)

19、設計（論文）任務書</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　解決4500mm級深海探測器制造過程中關于厚板鈦合金焊接的問題，同時推動厚板鈦合金在石油、化工等工業(yè)部門的廣泛應用，提出窄間隙條件下TIG焊，作為一種高效便捷、經(jīng)濟性好、用于焊接厚板鈦合金的方法。</p><p>　　本文采用TIG電弧焊方法，窄間隙條件下多層

20、焊的方式，以Ti-4Al-2V為填充焊絲，對厚板TC4鈦合金進行了焊接。焊接試驗中設置不同的坡口尺寸，一些列變化的焊接電流及氣體保護流量參數(shù)，進行多組焊接試驗，通過對焊接接頭宏觀及微觀組織分析、對比不同參數(shù)下的力學性能測試，優(yōu)化參數(shù)，確定最佳的厚板鈦合金窄間隙TIG焊接工藝。</p><p>　　工藝試驗結果表明，電流在180A~240A之間可以得到完整可靠的焊接接頭，焊接過程中78mm厚鈦合金試板的橫向收縮為4

21、.5mm，接頭區(qū)域狹窄且無明顯分區(qū)。通過微觀金相分析，明晰了窄間隙焊接條件下晶粒生長規(guī)律與組織特征，發(fā)現(xiàn)電流變化對于晶粒和組織影響甚微。力學性能測試表明，窄間隙接頭因嚙合強化而使得接頭強度得到提高，而且隨著電流的增大，焊縫熔合比的增大使得接頭性能進一步提高。溫度場測量結果符合焊接熱循環(huán)變化規(guī)律，同時因為鈦合金的物理性能特點而呈現(xiàn)出其特殊性。</p><p>　　關鍵詞：厚板鈦合金；窄間隙TIG；顯微組織；力學性能

22、；溫度場</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　To solve the welding problem in manufacturing 4500mm level bathyscaphe and propel the development of thick titanium alloys structures in indust

23、rial, narrow-gap TIG welding of thick titanium alloys is proposed as an efficient and economical method.</p><p>　　Narrow-gap TIG welding of TC4 by using Ti-4Al-2V filler metal with multilayer welding way, ex

24、periments have been done under the different sizes of groove and serials of currents and protecting gas-flowrates, to determine the optimum welding parameters after the metallographic analysis and mechanical properties t

25、esting of welding joint.</p><p>　　Results of welding technology experiment shows that the reliable joint can be obtained under the current of 180A-240A, welding lateral contraction is about 4.5mm in 78mm tit

26、anium plate, and the joint is narrow with no marked division. Metallographic analysis of narrow-gap TIG welding joint shows the rules of grain growth and microstructure characteristics, the changing of currents has littl

27、e effect on the size of grain and microstructure. The tensile test shows that the tensile strength of join</p><p>　　Keywords: thick titanium alloys; narrow-gap TIG; microstructure; mechanical property; weld

28、ing temperature field</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　第1章 緒 論1</p><p>　　1.1課題背景及研究的目的和意

29、義1</p><p>　　1.2厚板鈦合金焊接性分析2</p><p>　　1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析3</p><p>　　1.3.1 MIG多層多道焊3</p><p>　　1.3.2窄間隙TIG4</p><p>　　1.3.3電子束焊接4</p><p>　　1.4厚板鈦合金

30、窄間隙TIG焊接5</p><p>　　第2章 焊接工藝試驗7</p><p>　　2.1焊槍及保護裝置的設計及制作7</p><p>　　2.1.1焊槍的設計及制作7</p><p>　　2.1.2保護裝置的設計及制造8</p><p>　　2.2 試驗材料和坡口10</p><p&g

31、t;　　2.3 試驗設備及方法11</p><p>　　2.3.1 試驗設備11</p><p>　　2.3.2 窄間隙TIG多層焊11</p><p>　　2.4 微觀組織分析13</p><p>　　2.4.1金相組織觀察13</p><p>　　2.4.2 SME成分分析13</p>&

32、lt;p>　　2.5力學性能測試13</p><p>　　2.5.1硬度測試13</p><p>　　2.5.2強度測試13</p><p>　　第3章 厚板鈦合金窄間隙TIG焊接接頭顯微組織分析15</p><p>　　3.1鈦合金窄間隙TIG多層焊焊接接頭宏觀16</p><p>　　3.2鈦合金窄

33、間隙TIG多層焊接頭晶粒生長規(guī)律17</p><p>　　3.3鈦合金窄間隙TIG焊接接頭微觀組織分析19</p><p>　　3.3.1 鈦及鈦合金同素異構轉變19</p><p>　　3.3.2 TC4鈦合金在不同溫度條件下的相變特點19</p><p>　　3.3.3 鈦合金窄間隙TIG焊接接頭微觀組織分析20</p&g

34、t;<p>　　3.4焊縫區(qū)域成分分析22</p><p>　　3.5本章小結24</p><p>　　第4章 厚板鈦合金窄間隙TIG焊接接頭力學性能測試25</p><p>　　4.1 厚板鈦合金窄間隙TIG焊接接頭的顯微硬度分布25</p><p>　　4.2 厚板鈦合金窄間隙TIG焊接接頭強度26</p&g

35、t;<p>　　4.3厚板鈦合金窄間隙TIG焊焊縫斷口分析28</p><p>　　4.4本章小結28</p><p>　　第5章 焊接變形與焊接溫度場的測定30</p><p>　　5.1 78mm厚鈦合金窄間隙TIG焊接變形測量30</p><p>　　5.1.1窄間隙TIG焊接坡口尺寸的確定30</p>

36、;<p>　　5.1.2 78mm厚鈦合金窄間隙TIG焊接變形的測量31</p><p>　　5.2厚板鈦合金窄間隙TIG焊接溫度場的測定33</p><p>　　5.2.1焊接溫度場測定試驗33</p><p>　　5.2.2溫度場曲線分析34</p><p>　　5.3本章小結37</p><p

37、><b>　　結 論38</b></p><p><b>　　參考文獻39</b></p><p><b>　　致 謝41</b></p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1課題背景及研究的目的和意義&l

38、t;/p><p>　　巨大的勘測難度使深海勘測一直居于地球科學的前沿。這種勘探要求大額投入和尖端技術，這是中國發(fā)展深海探測一個繞不過去的坎兒。</p><p>　　國際在線報道：中國國際廣播電臺環(huán)球資訊午間話題關注“蛟龍”號深海探測器突破3700米事件。中國科技部、國家海洋局聯(lián)合發(fā)布：我國自行設計、自主集成研制的國家863計劃重大專項“蛟龍”號（如圖1-1）載人潛水器在中國南海3000米級海上

39、試驗取得成功，最大下潛深度達到3759米，創(chuàng)造了水下和海底作業(yè)9小時03分的紀錄，驗證了“蛟龍”號載人潛水器在3000米級水深的各項性能和功能指標。這標志著我國深海載人探測已取得相當大的成就。</p><p>　　取得成績的同時我們也要看到差距，美國1964年建造的“阿爾文”號載人潛水器即可下潛到4500m的深海；法國1985年研制成的“鸚鵡螺”號潛水器最大下潛深度可達6000m；我們的鄰居俄羅斯和日本已經(jīng)完成了

40、深海6000m級水深的探測數(shù)千次。中國載人深海探測這條路任重而道遠。</p><p>　　依據(jù)全國第11個五年計劃，國家高技術研究發(fā)展計劃（863專項）中海洋技術領域的戰(zhàn)略目標是：“深化近淺海、開拓深遠?！薄Ｔ摬糠謨?nèi)容旨在開發(fā)強大的實用型潛水設備，建設和維護深海海底觀測網(wǎng)絡，以及勘探和海底取樣。項目計劃開發(fā)在水下4500米的作業(yè)的深海潛水設備。如圖1-3所示，該潛水器是一個直徑約為2m，壁厚90mm的球形容器，由

41、12塊弧瓣形鈦合金板拼焊而成。</p><p>　　鈦合金具有密度小、比剛度、比強度高，耐蝕性、耐熱性好等一系列優(yōu)點，在航空航天、海洋工程、汽車和醫(yī)療等領域得到了越來越廣泛的應用[1]，鈦合金在海洋工況下使用極具優(yōu)勢，世界各工業(yè)發(fā)達國家都十分重視鈦材在艦船領域中的開發(fā)應用，特別是原蘇聯(lián)全鈦耐壓殼核潛艇的成功制造，標志著鈦材在艦船中應用的重大突破[2]。</p><p>　　鈦合金能以更輕的

42、重量抵抗更強的水壓，而且又極耐海水腐蝕，是制造深海探測器的首選材料。深海探測器的設計厚度是90mm，因此如何完成厚板鈦合金的焊接，成為深海探測器制造的關鍵問題。</p><p>　　本課題的研究，正是致力于深海探測器制造過程中鈦合金焊接技術的開發(fā)。從更深遠的角度來看，近年來厚板鈦合金結構在石油、化工、能源等工業(yè)領域的應用越來越多，而且上述工業(yè)領域對于鈦合金的應用由以厚板焊接結構居多，因此一種高效便捷、經(jīng)濟性好、用

43、于焊接厚板鈦合金的方法對于推動厚板鈦合金結構的應用有著重要意義。</p><p>　　本論文主要是針對4500m級深海探測器項目中厚板鈦合金焊接工藝進行研究，分析焊接接頭組織和性能的基礎上確定最佳的焊接過程參數(shù)，同時更深入的探究厚板鈦合金焊接結構溫度場的變化規(guī)律及應力、變形的控制等問題，為鈦合金深海探測器制造及厚板鈦合金焊接結構在工業(yè)領域的應用提供理論和技術支持。</p><p>　　1.

44、2厚板鈦合金焊接性分析</p><p>　　常溫下鈦合金因表面氧化膜的作用而保持高的穩(wěn)定性和耐蝕性能，在焊接高溫下，鈦合金表面氧化膜變得疏松，使鈦與氫、氧、氮的反應速度加快，降低了焊接接頭的塑韌性。如果鈦合金在無保護或者保護不良的情況下進行焊接，焊接接頭會因為間隙元素的污染而導致接頭的脆化。</p><p>　　因為鈦的熔點高，比熱容小，導熱性能差，所以在焊接時冷卻速度慢，焊接熱影響區(qū)高溫

45、下停留時間長，β晶粒在高溫下極易過熱粗化，導致接頭的塑韌性下降。但對于TC4這樣的雙相鈦合金，由于合金化程度高，晶粒長大傾向相對較小，所以，在焊接TC4時宜采用較大的焊接熱輸入。</p><p>　　氣孔是鈦及鈦合金在焊接時最常見的焊接缺陷[3]。鈦合金焊接接頭中的氣孔主要分為兩類，在焊接熱輸入較大時熔合線附近形成氣孔，在焊接熱輸入較小時焊縫中部產(chǎn)生氣孔。氣孔的存在會降低接頭的抗拉強度和疲勞強度。氣孔敏感性與焊接

46、方法、工藝等因素都有關，冷卻速度的快慢對氣孔的影響主要由周圍氣體擴散使氣泡長大和氣泡上浮時間兩個相互矛盾的因素決定。一般來說，電子束焊接氣孔最多，等離子最少，氬弧焊趨于中間。</p><p>　　本項目所設計深潛器的壁厚為90mm，厚板材料在焊接時必然會引起較大的焊接應力和變形，而且厚板材料焊接時常加工成U形或V形坡口，以多層多道焊的方式進行焊接，填充金屬量過大是這種焊接方法一個很大的不足[4]，不僅浪費了焊接材

47、料，而且因為熱輸入量過大而使得接頭性能變差。</p><p>　　1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析</p><p>　　國內(nèi)外對于鈦合金板焊接工藝的研究較多，但是多數(shù)限于薄板研究，對于這種厚板鈦合金焊接的研究很少。用于焊接厚板鈦合金主要有以下幾種方法：</p><p>　　1.3.1 MIG多層多道焊</p><p>　　法國的E.Budillon

48、和J.P.Peyronnet做過海底實驗室用鈦合金厚板的焊接及評價。實驗用板厚為20mm，用TIG打底，MIG填充的方法對鈦合金厚板進行焊接。</p><p>　　采用MIG焊時，開坡口如圖1-4。因其需要繁瑣的保護措施，而且效率較低，所以他們得出的結論是MIG焊接方法并不適合于焊接鈦合金厚板[5]。</p><p>　　1.3.2窄間隙TIG</p><p>　　

49、國內(nèi)船舶重工工業(yè)集團的張偉明等人利用窄間隙TIG自動焊的方法，焊接了40mm厚的TA2（工業(yè)純鈦）試板（如圖1-5），并對焊接后接頭的組織和性能進行了分析。</p><p>　　試驗發(fā)現(xiàn)利用窄間隙TIG的方法可以得到無缺陷的焊縫，焊接接頭性能良好，同時發(fā)現(xiàn)焊接接頭因為窄間隙條件焊接，使得接頭的強度較常規(guī)坡口焊接條件下下強度高[6]。</p><p>　　1.3.3電子束焊接</p&g

50、t;<p>　　電子束焊接以其能量密度高，焊接速度快，焊縫深寬比大等特點，特別適合于厚板的焊接。國內(nèi)大連交通大學的宮平，羅宇等人使用電子束焊接的方法，焊接了20mm的TC4板，并研究了不同聚焦電流對焊縫成形的影響。</p><p>　　發(fā)現(xiàn)聚焦電流對焊縫形狀的影響作用很大，聚焦電流不同，焊縫形狀各異。當控制聚焦電流使電子束焦點落在工件表面附近一定區(qū)域內(nèi)時，焊接熔深、熔寬和焊縫寬度比值隨著焦點位置的不

51、同表現(xiàn)出不同值，而后隨著焦點位置的上移或下移，焊接熔深和深寬比H/B不斷減小，熔寬和焊縫寬度不斷增加[7]。</p><p>　　美國機械學會N.Saresh等人嘗試在正確的參數(shù)下焊接17.5mm厚的法蘭盤環(huán)焊縫結構(如圖1-8所示)。</p><p>　　焊接結果顯示，采用單面電子束焊接一次無法熔透17.5mm厚的鈦合金板，因為焊接過程中缺乏可重復性的焊接參數(shù)。如果采用如圖1-9所示雙面

52、焊接的方式，可以達到優(yōu)良的焊接接頭，接頭的性能也得到的提升[8]。</p><p>　　分析上述國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)在焊接厚板鈦合金方面電子束焊接是比較有優(yōu)勢的焊接方法，電子束焊接具有焊接速度高，焊接變形小，熱效率高等一系列優(yōu)點[9]，特別適合于厚板活潑金屬的焊接，但焊接生產(chǎn)成本高，且試件尺寸受真空室限制[10-11]；相比之下，采用氬弧焊的方法，工藝簡單，操作靈活，可以有效解決大多數(shù)焊接結構問題[12-13]

53、，如果是以開V形坡口，多層多道方式焊接厚板鈦合金，焊接效果并不理想，以窄間隙TIG的方式焊接厚板鈦合金板有一定的借鑒意義，但是必須在良好的保護下進行焊接。</p><p>　　1.4厚板鈦合金窄間隙TIG焊接</p><p>　　鑒于此，提出一種利用手工氬弧焊，窄間隙條件下焊接厚板鈦合金的方法，并配以良好的惰性氣體保護措施。TIG焊是所有焊接方法中應用面最廣的，對有色金屬及其合金如鈦合金的

54、焊接最具優(yōu)勢[14]。窄間隙焊接不僅可大幅度的減少坡口截面積、大大減少焊縫金屬的填敷量，而且在相對少的焊接熱輸入下，解決了開坡口困難、焊接速度緩慢，焊后板材應力變形大等問題[15]。</p><p>　　本課題采用鎢極氬弧焊，焊接窄間隙鈦合金（TC4）厚板，對厚板鈦合金的焊接工藝進行深入研究，探究最優(yōu)的焊接參數(shù)和提高焊接接頭強度的有效途徑，得到質量優(yōu)良的接頭的同時，對接頭性能進行測試，進一步分析影響接頭性能的主要

55、因素。</p><p>　　針對厚板鈦合金窄間隙TIG焊接，研究內(nèi)容主要圍繞以下幾個方面研究：</p><p>　　焊槍及保護裝置的設計及制造</p><p>　　厚板鈦合金焊接工藝的確定及參數(shù)的優(yōu)化</p><p>　　焊接接頭金相組織的觀察和力學性能的測試</p><p>　　焊接溫度場的測量及焊接變形控制的分析&

56、lt;/p><p>　　第2章 焊接工藝試驗</p><p>　　2.1焊槍及保護裝置的設計及制作</p><p>　　2.1.1焊槍的設計及制作</p><p>　　作為氬弧焊機重要組成部分之一的氬弧焊槍，其作用是夾持鎢極、傳導焊接電流和輸送保護氣。焊槍的設計要根據(jù)所焊材料的種類和結構狀況而決定，具體來說焊槍的設計要考慮焊接電流的大小、焊接結構

57、所處的具體工況、焊接工人的可操作性等，一把合適的氬弧焊槍的設計要考慮多方面的因素。</p><p>　　試驗方案提出焊接厚板鈦合金的方法為窄間隙TIG多層焊。首先，鈦合金焊接時晶粒長大傾向并不明顯，同時為保證窄間隙多層焊時側壁熔合良好，宜采用較大的熱輸入。焊接前估計所使用焊接電流值100A~300A，因此，所設計焊槍應承受較大的焊接電流，這要求焊槍必須有良好的冷卻系統(tǒng)；窄間隙坡口是窄而深的間隙，采用TIG焊的方法

58、在窄間隙坡口條件下焊接，焊槍的氣體保護噴嘴必須深入到窄間隙坡口中，對焊接區(qū)充分的保護。這要求所設計的焊槍噴嘴能深入到所開窄間隙坡口中；本項目旨在制造直徑兩米的球形容器，整個球體共有6條經(jīng)線焊縫和1條赤道環(huán)焊縫，全部由焊工手工操作完成，勞動強度大，對焊工的要求較高?？紤]到上述因素，所設計焊槍的體積越小越好，盡可能的輕質，以減輕焊工的勞動強度，保證焊接質量。</p><p>　　綜合考慮上述因素，抓住所設計焊槍冷卻好

59、、質量輕及細長陶瓷噴嘴三個主要特點，設計制造了適合于窄間隙、大電流下焊接的焊槍。</p><p>　　焊槍黃銅制主體如圖2-1所示，總長度40mm，保證了槍體輕質的特點，減輕了焊接工人負擔；特制的陶瓷噴嘴（圖2-2所示）外徑D只有10mm，長度L卻達到了63mm，可以深入窄間隙坡口中進行焊接；焊槍具有良好的水冷系統(tǒng)，試驗證明即使在較大的焊接電流下長時間焊接，焊槍也不會過熱。</p><p>

60、;　　最終完整的槍體設計圖如圖2-3所示。</p><p>　　2.1.2保護裝置的設計及制造</p><p>　　常溫下鈦表面鈍化層（氧化膜）的致密性極強，使得鈦非常穩(wěn)定。但在溫度升高過程中，鈦對氫、氧和氮的吸收能力不斷加強[16]。焊接過程中，隨著溫度的升高，鈦從250℃開始吸氫，400℃開始吸氧，600℃開始吸氮。采用常規(guī)的氬弧焊填絲焊接時，從焊槍噴出的氣體形成的保護層只能很好的保護

61、熔池，對已凝固而尚處于高溫狀態(tài)的焊縫及熱影響區(qū)則無保護作用。此時焊縫及熱影響區(qū)會因吸收空氣中的氮和氧而導致塑性下降。因此，在鈦及鈦合金的焊接中，必須使用氬氣進行大范圍保護或置于真空環(huán)境中，以防止大氣污染[16]。因此鈦合金的焊接衍生出兩種方式：箱內(nèi)焊接和敞開式焊接。本課題所焊球體不適于在充有惰性氣體的箱內(nèi)焊接，而敞開式焊接時必須施以保護措施。</p><p>　　鈦合金敞開式焊接依靠焊炬噴嘴、拖罩（圖2-4所示）

62、和背面保護裝置進行保護[3]。拖罩是敞開式鈦合金焊接時最常用，也是最有效的保護措施，但是拖罩并不是適用于窄間隙坡口下的焊接。如圖2-5所示為本課題設計的雙U形窄間隙坡口，坡口坡角小，窄而深，普通的拖罩根本無法深入其中，而拖罩浮于試板表面時會造成坡口中氣體的紊流，使保護效果變差。焊接蓋面過程中，相當于薄板的焊接，拖罩還是可以起到保護作用的。</p><p>　　針對于本課題雙U形窄間隙坡口，設計了一種能夠深入坡口中

63、的“拖罩”（圖2-6所示）。</p><p>　　實際上這種“拖罩”是一只通有氬氣的銅管，深入坡口中，跟隨焊槍對焊接高溫區(qū)進行保護。由于窄間隙坡口窄而深的特征，接近于垂直的坡口側壁形成兩側天然的氣槽，加之氬氣的密度大于空氣，氬氣會聚集于坡口之中，實現(xiàn)對焊接高溫區(qū)長時間的保護，保護銅管實物圖如2-7a所示。</p><p>　　焊接試板的背面同樣需要保護，設計利用單側帶膠的鋁箔貼于試板背側（

64、如圖2-6所示），將坡口封閉成密閉空腔，也同樣通氬氣保護。</p><p>　　蓋面時所使用拖罩的設計也具有突出的特點，拖罩前部的弧形結構，可以更好的貼合焊槍噴嘴，給予焊接區(qū)最充分的保護；整個拖罩分為兩部分，兩部分有獨立的供氣系統(tǒng)（如圖2-7b所示），前部分氣室較?。ㄈ鐖D2-7c所示），可以使氣流更集中，這對于焊接試板邊緣特別有意義，可以更好的保護試板邊緣，即在沒有引弧板的情況下也可以達到良好的焊接效果；拖罩內(nèi)的

65、銅網(wǎng)使氣體更均勻的噴出。</p><p>　　2.2 試驗材料和坡口</p><p>　　本實研究過程中所用的母材為TC4（Ti-6Al-4V）鈦合金，厚度78mm。TC4（Ti-6Al-4V）鈦合金屬于α+β鈦合金。Ti-6Al-4V含有6%的α穩(wěn)定元素Al和4%的β穩(wěn)定元素V，其主要化學成分如表2-1所示，熱處理狀態(tài)為650℃保溫3小時，隨爐冷卻。其退火后平衡組織以α相為主，β相含量通

66、常9-30%。</p><p>　　本試驗所用填充材料可以選擇與母材同質的TC4鈦合金焊絲，考慮到厚板結構焊接后接頭應力水平較高，接頭可能會因為塑性不足而導致開裂。因此選用塑韌性較好的近α鈦合金Ti-4Al-2V。近α鈦合金是α固溶體和少量β相（2%-8%）組成，保留了α合金與α+β雙相合金的許多優(yōu)點[17]。因此近α鈦合金具有較好的強度和塑韌性，其塑韌性要好于TC4，其成分見表2-1。</p>&

67、lt;p>　　表2-1 TC4鈦合金與Ti-4Al-2V焊絲化學成分表 (wt.%)</p><p>　　試驗所用板材和焊絲由陜西省寶雞鈦業(yè)股份有限公司提供，試板尺寸為377mm×98mm×78mm的TC4鈦合金板（多對）。鈦合金窄間隙焊接工藝的研究較少，并不確定雙U形坡口的具體尺寸，因此本次焊接工藝試驗選用了兩種尺寸的雙U形窄間隙坡口，坡口尺寸如圖2-8a、b所

68、示，通過焊接過程中變形情況的測量和分析進而確定最佳的坡口尺寸。</p><p>　　焊前對坡口及兩側各25mm以內(nèi)的表面進行清理，清除表面的污染物，而后進行清洗和干燥，并盡快焊接。</p><p>　　2.3 試驗設備及方法</p><p>　　2.3.1 試驗設備</p><p>　　根據(jù)厚板鈦合金窄間隙焊接特點，設計和制造了具有質量輕、冷

69、卻好、可深入窄間隙坡口內(nèi)焊接等特點的焊槍以及窄間隙下特殊的保護裝置，如圖2-9a、b、c所示。</p><p>　　本實驗中采用普通直流TIG焊機，在室溫條件下，采用直流電流進行焊接。焊接過程中，工件置于銅質工作臺上，采用手工操作的方式進行焊接。</p><p>　　2.3.2 窄間隙TIG多層焊</p><p>　　實驗前，在一對鈦板上加工雙U形窄間隙坡口，并用細

70、砂紙打磨坡口附近和焊絲表面氧化膜，再用丙酮清洗，清除母材和焊絲表面油污。將試件置于工作臺上，背面用鋁箔封好后通氬氣保護。整個焊接系統(tǒng)的示意圖如圖2-10所示。</p><p>　　焊接過程中，深入窄間隙坡口的通氬銅管中氬氣流量很重要，焊接過程中氬氣流量過大，造成氣體在坡口間隙中的紊流，混入空氣而使保護效果變差；氬氣流量過小，同樣起不到良好的保護效果。因此選擇在銅管中氬氣流量從10L/min至20L/min條件下焊

71、接，觀察焊縫顏色變化，確定最佳的焊接氣流量。</p><p>　　為了確定窄間隙鈦合金焊接的最佳電流參數(shù)，同時研究不同電流參數(shù)對于焊接接頭組織和性能的影響，根據(jù)已有文獻和經(jīng)驗，確定電流的大致范圍在100A~300A，本試驗中分別在120A、180A、240A和300A條件下進行鈦合金窄間隙TIG焊接試驗，焊接工藝試驗的相關參數(shù)如表2-2所示。采用多層焊的方式，層間溫度控制在100℃以下，焊接平均速度10cm/mi

72、n，單層填充金屬厚度約為3mm。</p><p>　　表2-2 焊接工藝試驗參數(shù)</p><p>　　厚板結構焊接時拘束度大，焊接殘余應力較高，應力集中較大。本試驗中所用78mm厚鈦合金板，即使在窄間隙下焊接，接頭中還是會存在較大的殘余應力。過大的殘余應力對接頭的拉伸、剛度、疲勞等性能早成較大的影響。本試驗中對焊接后的試板進行真空退火處理，熱處理規(guī)范：真空條件下650℃保溫2h，隨爐冷卻。

73、在此溫度下退火的目的是消除應力，并不能改變接頭組織，但接頭的性能會有一定的提升。</p><p>　　焊接過程中，工件上的溫度隨著瞬時熱源的移動作用而發(fā)生周期性的變化，稱之為焊接熱循環(huán)，焊接熱循環(huán)研究了焊接過程中工件上某點的溫度隨時間的變化，對于焊接熱循環(huán)的研究有助于加深對焊接過程的理解。本論文對鈦合金窄間隙條件下焊接的焊接溫度場進行測量，利用熱電偶對工件上某些點溫度進行采集，計算機繪制測溫曲線，測溫系統(tǒng)原理圖如

74、圖2-11所示。</p><p>　　2.4 微觀組織分析</p><p>　　2.4.1金相組織觀察</p><p>　　為了觀察接頭各區(qū)域的金相組織，通過電火花線切割機對不同條件下焊接形成的試件接頭取樣，制作金相試件，宏觀金相試件經(jīng)過精銑，砂紙打磨，機械拋光后腐蝕得到，可以直接觀察到焊縫與熱影響區(qū)。微觀金相試件經(jīng)過磨平、拋光、腐蝕、清洗等步驟處理后，在金相顯微鏡

75、（OM）下觀察接頭各區(qū)域的組織。</p><p>　　2.4.2 SME成分分析</p><p>　　SME試驗時，試樣的制作過程與金相試樣相同，拋光后不經(jīng)過腐蝕，直接在電鏡下進行觀察，本論文采用日本日立公司生產(chǎn)的掃描電子顯微鏡（Hitatchi S-4700）進行顯微組織觀察，并用SME所附帶的能譜分析裝置（EDS）進行由母材到焊縫的成分分析。</p><p>&

76、lt;b>　　2.5力學性能測試</b></p><p><b>　　2.5.1硬度測試</b></p><p>　　為分析接頭區(qū)域的硬度變化規(guī)律，對接頭進行顯微硬度測試，顯微硬度計載荷500g，承載時間10s。</p><p><b>　　2.5.2強度測試</b></p><p&g

77、t;　　本論文采用拉伸試驗測試接頭的抗拉性能，評價接頭的結合強度。由于焊接過程中采用手工焊的方式進行焊接，導致接頭性能并不均勻，因此本論文對相同焊接條件下的試件在不同深度位置處各取6個拉伸試件，測量其平均抗拉強強度。</p><p>　　利用線切割將焊接接頭切成拉伸試件，使焊縫居中，拉伸試件尺寸如圖2-12所示，在精磨床上將線切割面上殘留的溝槽磨平。在INSTRON-1599電子萬能材料試驗機上進行拉伸試驗，橫梁

78、移動速度0.5mm/min。拉伸試驗前后的實物圖如圖2-13所示。</p><p>　　第3章 厚板鈦合金窄間隙TIG焊接接頭顯微組織分析</p><p>　　本次試驗中，選擇了兩種坡口尺寸，四種電流參數(shù)和一系列變化的保護氣體流量，通過多組的焊接試驗，以確定最佳的焊接參數(shù)。</p><p>　　保護氣體含量的確定主要根據(jù)焊縫焊接后顏色確定。如表3-1所示保護氣體流量

79、保證了焊接后焊縫呈現(xiàn)銀白色金屬光澤，達到一級焊縫水平。</p><p>　　表3-1 焊接保護氣體流量</p><p>　　在120A電流下焊接，可以得到外觀完整的接頭，但經(jīng)過超聲探傷后發(fā)現(xiàn)有未融合，在后續(xù)的拉伸試件斷口中的確發(fā)現(xiàn)了未熔合現(xiàn)象，120A電流過小，熱輸入量不足，窄間隙坡口側壁熔合困難；在300A電流下焊接，焊接效果不夠理想，首先，在如此大的電流焊接，鎢極燒損嚴重，易造成焊縫夾

80、鎢，其次惡劣的焊接條件影響焊工的操作，再次，過大的熱輸入勢必導致接頭中應力過大，焊縫及熱影響區(qū)晶粒粗大，性能變差，試驗中我們發(fā)現(xiàn)了有焊縫開裂的現(xiàn)象。</p><p>　　在180A和240A下焊接試板焊接效果良好。外觀檢驗，焊縫平滑過渡，無裂紋、咬邊、焊瘤等缺陷，焊縫表面呈銀白色金屬光澤。無損檢測，焊接后試板進行100%RT探傷，評定標準JB/T4730.2-2005，I極合格。焊縫側面和表面成形如圖3-3a、b

81、所示。</p><p>　　在本章主要對180A和240A兩種電流條件下焊接接頭的微觀組織進行觀察分析。關于焊接坡口尺寸的確定，在第5章中進行討論。</p><p>　　在本章，主要對鈦合金窄間隙下焊接接頭的微觀組織結構進行討論和分析，主要包括三個方面的內(nèi)容：首先，對鈦合金窄間隙TIG多層焊焊接接頭晶粒生長特征的分析，研究不同電流參數(shù)下晶粒尺寸的差異；其次，研究鈦合金焊接接頭各區(qū)域微觀組織

82、以及形成機理；最后，結合能譜分析（EDS）進行由母材到焊縫的組織成分分析，對比不同電流參數(shù)下熔合比的變化，并結合接頭強度分析，研究在鈦合金窄間隙下焊接接頭特有的嚙合強化機理。</p><p>　　3.1鈦合金窄間隙TIG多層焊焊接接頭宏觀</p><p>　　鈦合金窄間隙TIG多層焊焊接接頭由焊縫、熔合區(qū)、熱影響區(qū)三個部分組成。熔池在經(jīng)歷了熔化，化學冶金等一些列復雜過程后迅速凝固形成牢固的

83、焊縫，并在隨后的過程中繼續(xù)發(fā)生固態(tài)相變。其中熱影響區(qū)雖然沒有熔化，但也因受到高溫影響而發(fā)生了組織轉變。這一系列變化都會影響焊接接頭的性能。</p><p>　　圖3-4為在焊接接頭整體的宏觀，從圖中可以清楚的看到母材到熱影響區(qū)再到焊縫的過渡，焊接層數(shù)以及熱影響區(qū)的范圍。從宏觀金相上并沒有發(fā)現(xiàn)兩種電流參數(shù)下斷面形貌上的區(qū)別。240A電流下焊接，因為熱輸入較大的緣故，接頭的范圍要稍寬一些。</p>&l

84、t;p>　　由于焊接熱影響區(qū)不同部位所受熱作用的不一致性，造成其內(nèi)部組織和性能的分布極不均勻，焊縫是由熔化金屬凝固形成的鑄態(tài)組織，過寬的焊縫和熱影響區(qū)可能會導致接頭的性能變差。焊接從接頭的宏觀金相中可以看到，窄間隙下焊縫和熱影響區(qū)的尺寸都較小，最寬處不過20mm，因此焊接造成的不利影響也相應的減小。</p><p>　　3.2鈦合金窄間隙TIG多層焊接頭晶粒生長規(guī)律</p><p>

85、　　常規(guī)坡口條件下的焊接接頭熱影響區(qū)，從熔合區(qū)向母材過渡，依次包括粗晶區(qū)、正火區(qū)、不完全正火區(qū)等區(qū)域。粗晶區(qū)緊鄰熔合線，加熱溫度高，高溫停留時間長，金屬處于過熱狀態(tài)，晶粒長大嚴重，脆性大，韌性低；細晶區(qū)位置相當于進行了正火處理而呈現(xiàn)細小均勻晶粒，性能較好；不完全正火區(qū)的特點是晶粒大小不一，性能也不盡一致。</p><p>　　由于本試驗在窄間隙條件下焊接，熱影響區(qū)各區(qū)域的劃分并不明顯，圖3-5、3-6分別為180

86、A和240A下焊接接頭的局部宏觀金相照片，可以看到接頭焊縫中晶粒粗大的鑄態(tài)結構，緊鄰焊縫的熱影響區(qū)并沒有發(fā)現(xiàn)明顯的粗晶區(qū)和細晶區(qū)，熱影響區(qū)晶粒較母材晶粒稍大，呈現(xiàn)等軸均勻的狀態(tài)，熱影響區(qū)兩側各約為3mm，再外側區(qū)域的晶粒與母材無異。</p><p>　　對比180A和240A兩種電流下熱影響區(qū)晶粒尺寸的大小，如圖3-7、3-8所示，其中180A下晶粒的平均尺寸為1.92mm2，240A晶粒的平均尺寸為2.1mm2

87、， 240A下晶粒尺寸稍大，是由于焊接熱輸入較大的原因造成的。兩種電流下晶粒的尺寸相當，且未呈現(xiàn)常規(guī)接頭中粗晶現(xiàn)象，這與材料的性能有關，TC4鈦合金合金元素含量較高，即使在較大熱輸入下晶粒長大的傾向也較小[3]，其次多層多道方式窄間隙焊時，焊層較薄，后一層焊縫對前一層焊縫的正火作用往往更徹底，使得熱影響區(qū)相當于進行了多次正火處理，而使得晶粒尺寸均勻。</p><p>　　厚板鈦合金在TIG焊接熱循環(huán)的作用下，焊縫

88、金屬開始凝固時，首先在熔合區(qū)處半熔化的晶粒處開始向焊縫中生長。因為熔池壁和焊縫金屬具有相似的化學成分，相同的晶格類型，因而特別適宜作為金屬結晶的現(xiàn)成表面，對結晶最為有利。</p><p>　　從圖3-5、3-6宏觀金相中可以很容易辨別出焊縫區(qū)域，兩側為熱影響區(qū)，熱影響區(qū)部分晶粒局部熔化，晶粒直接從熔池壁上結晶，并沿著母材晶粒同一軸向生長，即聯(lián)生結晶，外延生長，不是每個晶粒都能順利的長大到焊縫中心，只有那些結晶取向

89、與溫度梯度方向相同的晶粒才能持續(xù)長大，即晶粒在競爭中成長。相似的情形出現(xiàn)在多層焊的層間，可以看到許多晶粒貫穿多個焊接層，也是聯(lián)生結晶的結果。</p><p>　　隨著熔池開始凝固，晶粒在焊縫形成聯(lián)生結晶后，垂直于熔合線呈柱狀晶生長并向焊縫中心區(qū)域推進。但隨著熔池的散熱條件的不同，溫度梯度的方向發(fā)生了改變，晶粒生長方向也發(fā)生了改變，最終呈現(xiàn)出如焊縫區(qū)域所示彎曲晶粒狀。</p><p>　　3

90、.3鈦合金窄間隙TIG焊接接頭微觀組織分析</p><p>　　3.3.1 鈦及鈦合金同素異構轉變</p><p>　　鈦及鈦合金在加熱和冷卻過程中會發(fā)生同素異構轉變，這種同素異構轉變是鈦及其合金相變的基礎。鈦及其合金在常溫下有兩種同素異構晶體，密排六方結構的相稱為α相，體心立方結構的相稱為β相。純鈦在高溫情況下呈現(xiàn)完全的β相，當溫度降至882℃度時，鈦會發(fā)生同素異構轉變，即由體心立方β-

91、Ti→密排六方α-Ti，α-Ti在882℃以下穩(wěn)定，所以鈦在常溫下呈現(xiàn)完全的α相組織。而鈦合金中，由于加入了α或者β穩(wěn)定元素，使得有一些鈦合金在常溫下也存在β相，形成所謂的雙相鈦合金。</p><p>　　本次試驗中所使用的母材TC4（Ti-6Al-4V）鈦合金是典型的雙相鈦合金，在鈦中添加了α穩(wěn)定元素Al和β相穩(wěn)定元素V，因此在室溫下呈現(xiàn)雙相組織。TC4的相變溫度，即β轉變溫度996℃，在此溫度下將發(fā)生同素異構

92、轉變。其轉變的突出特點是新相與母相間具有嚴格的取向關系，α相將以片狀或針狀有規(guī)則的析出，穿越整個晶粒[18]。</p><p>　　3.3.2 TC4鈦合金在不同溫度條件下的相變特點</p><p>　　鈦合金中β相穩(wěn)定元素含量及冷卻速度對β相變有著重要意義。自高溫β相穩(wěn)定區(qū)冷卻下來，β相若在等溫條件下轉變，在不同的等溫溫度下得到不同的相變產(chǎn)物。如圖3-9所示，在T3溫度下轉變得到β+α相

93、；當轉變溫度為T2時，發(fā)生β→β+ω→β+α+ω→β+α的轉變，其中ω為中間相；若在T1溫度下發(fā)生轉變，發(fā)生β→β+ω的轉變。圖3-9同樣給出了連續(xù)冷卻時的相變情況，緩慢冷卻時，β→β+α，增加冷卻速度會出現(xiàn)ω相，再增加冷卻速度，可以不發(fā)生相變得到室溫介穩(wěn)的β相，或者得到斜方結構的α’或者α’’馬氏體相，鈦馬氏體是由高溫β相無擴散相變得到的。</p><p>　　3.3.3 鈦合金窄間隙TIG焊接接頭微觀組織分析

94、</p><p>　　對比不同電流下焊縫顯微組織，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過焊接熱循環(huán)接頭形成的組織相同。現(xiàn)以240A電流下接頭的顯微組織為例，對鈦合金窄間隙TIG焊接條件下接頭組織轉變規(guī)律進行說明。</p><p>　　由于接頭各區(qū)域微觀組織的形成機理的差異，成分分布不均勻，組織類型及分布也不一致。接頭的各區(qū)域如圖3-10所示，A、B、C分別代表母材、熱影響區(qū)及焊縫。從圖中可以看出，因為焊接熱循環(huán)而使焊接

95、熱影響區(qū)的組織區(qū)別于母材。</p><p>　　母材（A區(qū)域）TC4鈦合金高溫時是完全β相組織，體心立方晶格結構，當溫度降至約996℃時，開始由β相向α相轉變，α相呈密排六方結構，因為材料中含有β相穩(wěn)定元素，不可能發(fā)生完全的α相轉變，冷卻至室溫時呈現(xiàn)α+β雙相組織。而且通過不同的冷卻速度，可以得到不同金相形態(tài)的α相[19]。</p><p>　　冷卻速度較慢時，如母材的加工過程，α相由β相

96、中析出，得到片層狀魏氏組織以及沿β晶界析出的α相。圖3-11可以看出母材是由α相和β相組成的混合組織，沿β晶界有α鑲邊，在一束范圍內(nèi)，各α相是平行的，有共同的晶體學取向，各α相由β中間層分開。</p><p>　　當高溫β相以較快的速度冷卻下來時，含β相穩(wěn)定元素的合金易得到一種網(wǎng)籃狀組織，冷卻速度進一步加快時，β相分解以非形核方式長大，發(fā)生無擴散馬氏體相變，生成針狀六方α’相及正交馬氏體相。</p>

97、<p>　　焊縫（C區(qū)域）填充金屬使用的是近α鈦合金Ti-4Al-2V，焊接過程中混入少量的母材成分，雖然冷卻速度很快，但是β相穩(wěn)定元素（V）含量較少，組織主要是α相，少量β相，其中α相因為冷卻速度較快被拉長呈長針狀，如圖3-12所示。</p><p>　　圖3-13為鈦合金焊接試板接頭熱影響區(qū)（B區(qū)域）的顯微組織圖片，窄間隙條件下焊接，熱影響區(qū)范圍窄，冷卻速度快，因此在熱影響區(qū)形成了如圖3-13a所

98、示網(wǎng)籃狀組織，圖3-13b所示為冷卻速度更快時而形成的針狀馬氏體組織。兩種形態(tài)的組織沒有本質的區(qū)別，只是冷卻速度不同造成α相形態(tài)不同。</p><p>　　3.4焊縫區(qū)域成分分析</p><p>　　窄間隙坡口TIG焊接過程中，因為焊絲采用的是合金含量較低的近α鈦合金，焊接過程中因為混入了母材中的合金成分而使得焊縫合金元素含量升高。</p><p>　　本次試驗中，

99、利用掃描電鏡（SME）附帶的能譜分析（EDS）系統(tǒng)，在焊縫的切向方向上對合金元素鋁和釩的含量進行分析。如圖3-14所示，按照圖中由C區(qū)域到I區(qū)域的順序對焊縫分區(qū)域掃描合金元素含量，成分分析解如表3-2所示。</p><p>　　表3-2 焊縫分區(qū)域元素掃描含量 wt（%）</p><p>　　將表3-2中各元素含量繪制成圖3-15中曲線，從圖3-15中可

100、以看到窄間隙TIG多層焊時母材向焊縫中元素過渡的規(guī)律，所用母材的合金元素（Al和V）的含量要高于焊絲中含量，焊接過程中，部分母材熔化，從焊縫邊緣至焊縫中間Al和V的含量呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，分析這種變化的原因是由于金屬熔化后，合金元素由母材向焊縫中心擴散需要需要時間，金屬凝固時間短，元素來不及均勻化，因此呈現(xiàn)元素梯度分布，其中Al元素的減少趨勢很明顯，而V元素在整體減少的趨勢中有波動，分析原因V元素本身含量較少，焊接過程中各種力對熔池的攪

101、拌作用使得V元素分布的并不呈現(xiàn)嚴格的單調趨勢。</p><p>　　為的對比電流在180A和240A兩種情況下焊縫合金元素Al、V以及基體元素Ti的分布，同時排除局部區(qū)域元素分布不均勻對對比結果造成的不良影響，在相同放大倍數(shù)下截取焊縫相同位置的圖片，進行整體區(qū)域能譜分析，兩種電流下掃描區(qū)域如圖3-14所示A和B區(qū)，掃描結果如表3-3所示。</p><p>　　表3-3 不同電流下焊縫能譜分

102、析結果 wt（%）</p><p>　　對比不同電流下焊縫合金元素Al和V的含量可知，在240A下焊接得到的焊縫中合金元素的質量分數(shù)要超過180A電流下焊接得到的焊縫元素含量。其中，180A下A、B兩區(qū)域Al的平均質量分數(shù)4.63%，240A下Al平均質量分數(shù)5.59%，高出180A下Al含量的20%，V的平均含量高出180A下1.4倍，分析結果產(chǎn)生的原因，焊接電流增大后，焊接線能

103、量增加，母材熔化量增加，進而導致焊縫的熔合比變大。</p><p><b>　　3.5本章小結</b></p><p>　　本章主要研究鈦合金窄間隙TIG焊接接頭的微觀結構，包括晶粒的生長規(guī)律、顯微組織形成機理以及焊縫成分的分析等，得出以下結論：</p><p>　　窄間隙TIG焊接焊縫為粗晶粒狀的鑄態(tài)結構，晶粒生長符合聯(lián)生結晶、競爭生長的規(guī)律

104、。由于在窄間隙坡口下焊接，焊接接頭熱影響區(qū)沒有明顯的粗晶區(qū)、細晶區(qū)，晶粒尺寸均勻，熱影響區(qū)尺寸十分很窄只有約3mm，這些體現(xiàn)了窄間隙條件下焊接的特點。</p><p>　　焊接所用母材TC4鈦合金為典型的雙相鈦合金，自高溫冷卻過程中，隨著冷卻速度的不同，可以得到不同金相形態(tài)的α相，其中母材為平衡態(tài)的雙相鈦魏氏組織，熱影響區(qū)因為冷卻速度過快而形成了網(wǎng)籃組織或正交鈦馬氏體組織。</p><p>

105、;　　焊接過程中，因為母材的熔化而使得焊縫金屬中合金元素含量的升高，焊接電流越大，焊縫熔合比越大。其中在大電流240A下焊接得到的焊縫中Al元素的含量要超過小電流180A下得到焊縫合金元素含量的20%。母材中合金元素進入焊縫后呈現(xiàn)梯度分布。</p><p>　　第4章 厚板鈦合金窄間隙TIG焊接接頭力學性能測試</p><p>　　本試驗中采用窄間隙TIG多層焊的方式獲得了完整的厚板鈦合金

106、窄間隙接頭，試驗中最主要的焊接參數(shù)是焊接電流，通過焊接電流的調整，所得到的焊接接頭的微觀組織沒有明顯的差別。為了了解接頭的機械性能，分析接頭的斷口形貌，對接頭進行了拉伸試驗和硬度試驗，測試了接頭的綜合機械性能，對窄間隙條件下接頭嚙合效應進行分析，評價接頭的力學性能。</p><p>　　4.1 厚板鈦合金窄間隙TIG焊接接頭的顯微硬度分布</p><p>　　對180A和240A焊接電流條

107、件下的焊接接頭取樣，磨平，在顯微維氏硬度試驗機上進行顯微硬度試驗，加載力500g，保壓時間10s。從母材到焊縫，每隔0.5mm測試一點硬度。接頭橫截面上硬度分布規(guī)律如圖4-1所示。</p><p>　　由測試結果可知，接頭橫街面上的硬度分布不均勻，兩種電流下硬度變化規(guī)律大致相同，鈦合金母材的平均硬度達到311.9，熱影響區(qū)硬度明顯升高，其中240A電流下熱影響區(qū)最高硬度達到349，較鈦合金母材高9.5%，分析認為