線損傷鈦合金薄板激光再制造工藝、組織及性能研究.pdf

1、再制造工程發(fā)展的核心在于再制造關鍵技術的發(fā)展，而再制造關鍵技術發(fā)展的重心則在于面向高成品附加值對象的再制造關鍵技術理論和方法的突破。以“嚴（性能嚴）、精（精度高）、?。ńY構薄）”為特征的現(xiàn)代航空航天等領域中不可或缺的整體結構鈦合金薄壁件，就是一類具有極高成品附加值的再制造對象。本文采用較為適合薄壁件再制造的激光再制造技術，并通過理論分析與試驗研究相結合的方法，對存在典型線損傷—裂紋的兩種鈦合金薄板進行再制造研究，所開展的研究工作和取得的

2、成果如下:
　　(1)對線損傷鈦合金薄板再制造毛坯設計、填材粉末及粉末片制備、激光器選擇、試樣表面處理、以及氣體保護等激光再制造工藝過程主要環(huán)節(jié)進行了詳細研究，以為獲得優(yōu)良再制造品質(zhì)提供基礎;在此基礎上，基于線損傷金屬薄板激光全熔透連接成形過程分析，提出了一種基于反射墊板實現(xiàn)的線損傷金屬薄板激光低閾值X型連接成形新方法---背反射增效激光焊，并通過實驗驗證了該方法的有效性。結果表明:背反射增效激光焊在常規(guī)焊接工藝實現(xiàn)薄板全熔透V型

3、連接的工藝參數(shù)下即可實現(xiàn)X型連接，且其焊縫區(qū)面積增加了35.49％即激光能量利用率提高了35.49％;同時，焊接接頭熱影響區(qū)的寬度沒有增大反而呈現(xiàn)出減小趨勢，且界面區(qū)中定向生長組織特征也有所弱化。
　　(2)基于背反射增效激光焊簡便易行、在低能量閾值下即可實現(xiàn)X型連接、以及對焊接接頭組織無不利影響等優(yōu)點，采用背反射增效激光焊接技術對線損傷TC4鈦合金薄板進行了再制造研究。研究表明:TC4鈦合金薄板再制造接頭的顯微組織和硬度分布均存

4、在梯度特征，其組織從焊縫的粗大β柱狀晶轉變?yōu)闊嵊绊憛^(qū)的原始α基體組織、β相和細小針狀α′馬氏體混合物，硬度也由焊縫區(qū)的583HV變化為熱影響區(qū)的427HV乃至靠近母材處的350HV。同時，拉伸試驗結果表明:TC4鈦合金薄板再制造接頭拉伸強度的平均值為652MPa，達到了母材拉伸強度(996MPa)的65％，還需進一步提高接頭的拉伸強度。
　　(3)基于正交試驗和單因素試驗優(yōu)化了Ti-25V-10Cr阻燃鈦合金薄板背反射增效激光焊接

5、再制造工藝參數(shù)，并詳細地研究了再制造接頭組織與性能。結果表明:再制造接頭焊縫組織由粗大的β柱狀晶組成（該區(qū)域的硬度最高約為570HV），而熱影響區(qū)組織仍為單一等軸β相組織，在焊接熱作用下部分晶粒長得十分粗大，硬度測試結果表明該區(qū)域硬度較低（290～312HV，其中母材硬度約為320HV），說明該區(qū)域發(fā)生了較為明顯的軟化。拉伸試驗結果表明:Ti-25V-10Cr阻燃鈦合金薄板再制造接頭拉伸強度的平均值為405MPa，明顯低于母材的拉伸強度

6、1002MPa，這可能與阻燃鈦合金自身焊接性較差有關。
　　(4)初步探索了添加含量為1 wt.％納米SiC顆粒和含量為3wt.％納米CeO2顆粒對兩種鈦合金薄板背反射增效激光焊接再制造接頭組織及力學性能的影響。結果表明:本文添加納米顆粒后，在一定程度上細化了TC4鈦合金薄板和Ti-25V-10Cr阻燃鈦合金薄板再制造接頭的焊縫組織;然而由于添加納米顆粒后焊縫中凹陷、氣孔等缺陷有所增加（這可能與納米顆粒引入方法直接有關），以致于再