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(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，而再制造關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展的重心則在于面向高成品附加值對(duì)象的再制造關(guān)鍵技術(shù)理論和方法的突破。以“嚴(yán)（性能嚴(yán)）、精（精度高）、?。ńY(jié)構(gòu)?。睘樘卣鞯默F(xiàn)代航空航天等領(lǐng)域中不可或缺的整體結(jié)構(gòu)鈦合金薄壁件，就是一類具有極高成品附加值的再制造對(duì)象。本文采用較為適合薄壁件再制造的激光再制造技術(shù)，并通過(guò)理論分析與試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，對(duì)存在典型線損傷—裂紋的兩種鈦合金薄板進(jìn)行再制造研究，所開(kāi)展的研究工作和取得的

2、成果如下:
　　(1)對(duì)線損傷鈦合金薄板再制造毛坯設(shè)計(jì)、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(hù)等激光再制造工藝過(guò)程主要環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)研究，以為獲得優(yōu)良再制造品質(zhì)提供基礎(chǔ);在此基礎(chǔ)上，基于線損傷金屬薄板激光全熔透連接成形過(guò)程分析，提出了一種基于反射墊板實(shí)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(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。結(jié)果表明:背反射增效激光焊在常規(guī)焊接工藝實(shí)現(xiàn)薄板全熔透V型

3、連接的工藝參數(shù)下即可實(shí)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(shí)，焊接接頭熱影響區(qū)的寬度沒(méi)有增大反而呈現(xiàn)出減小趨勢(shì)，且界面區(qū)中定向生長(zhǎng)組織特征也有所弱化。
　　(2)基于背反射增效激光焊簡(jiǎn)便易行、在低能量閾值下即可實(shí)現(xiàn)X型連接、以及對(duì)焊接接頭組織無(wú)不利影響等優(yōu)點(diǎn)，采用背反射增效激光焊接技術(shù)對(duì)線損傷TC4鈦合金薄板進(jìn)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(zhuǎn)變?yōu)闊嵊绊憛^(qū)的原始α基體組織、β相和細(xì)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(shí)，拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明:TC4鈦合金薄板再制造接頭拉伸強(qiáng)度的平均值為652MPa，達(dá)到了母材拉伸強(qiáng)度(996MPa)的65％，還需進(jìn)一步提高接頭的拉伸強(qiáng)度。
　　(3)基于正交試驗(yàn)和單因素試驗(yàn)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(xì)地研究了再制造接頭組織與性能。結(jié)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(zhǎng)得十分粗大，硬度測(cè)試結(jié)果表明該區(qū)域硬度較低（290～312HV，其中母材硬度約為320HV），說(shuō)明該區(qū)域發(fā)生了較為明顯的軟化。拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明:Ti-25V-10Cr阻燃鈦合金薄板再制造接頭拉伸強(qiáng)度的平均值為405MPa，明顯低于母材的拉伸強(qiáng)度

6、1002MPa，這可能與阻燃鈦合金自身焊接性較差有關(guān)。
　　(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(duì)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(xué)性能的影響。結(jié)果表明:本文添加納米顆粒后，在一定程度上細(xì)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(guān)），以致于再