薄板钛合金光纤激光_钨极惰性气体保护焊电弧复合焊接工艺研究

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1、薄板钛合金光纤激光钨极惰性气体保护焊电弧复合焊接工艺研究马然董皕喆吴世凯杨武雄肖荣诗（北京工业大学激光工程研究院，北京１００１２４）摘要针对１ｍｍ厚ＴＣ４钛合金薄板进行光纤激光－钨极惰性气体保护焊（ＴＩＧ）电弧复合焊接试验，研究了激光功率、电弧电流、热源间距、保护气成分等工艺参数对焊缝成形的影响，同时分析了焊接接头的显微组织及力学性能。研究结果表明：随着电弧电流增加、主保护气中Ｈｅ气比例升高，焊缝的熔化量逐渐增加；随着激光功率和两热源间距的增加，焊缝熔化量呈波动性变化。焊缝咬边程度和复合热源的热输入有关，输入的能

2、量越大越集中，焊缝咬边深度越小。焊接保护效果主要由电弧输入的热量决定，输入的热量越大，保护效果越差。在优化的工艺参数下，复合焊接的接头抗拉强度高于母材，延伸率低于母材，这与焊缝中马氏体组织的分布有关，拉伸断裂位于母材。关键词激光技术；光纤激光；复合焊接；ＴＣ４钛合金；焊缝成形；接头性能中图分类号ＴＧ４５６．７文献标识码Ａｄｏｉ：１０．３７８８／ＣＪＬ２０１４４１．０５０３００３ＳｔｕｄｙｏｎＦｉｂｅｒＬａｓｅｒ－ＴｕｎｇｓｔｅｎＩｎｅｒｔＧａｓＨｙｂｒｉｄＷｅｌｄｉｎｇｏｆＴｉｔａｎｉｕｍＳｈｅｅｔＭａＲａｎＤｏ

3、ｎｇＢｉｚｈｅＷｕＳｈｉｋａｉＹａｎｇＷｕｘｉｏｎｇＸｉａｏＲｏｎｇｓｈｉ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＬａｓｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１２４，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＦｉｂｅｒｌａｓｅｒ－ｔｕｎｇｓｔｅｎｉｎｅｒｔｇａｓ（ＴＩＧ）ｈｙｂｒｉｄｗｅｌｄｉｎｇｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏＴＣ４ｓｈｅｅｔｗｉｔｈｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆ１ｍｍ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｗｅｌｄｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｓｕｃｈａｓｌａｓｅｒｐｏｗｅｒ，

4、ａｒｃｃｕｒｒｅｎｔ，ｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｏｆｈｅａｔｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｔｈｅｓｈｉｅｌｄｉｎｇｇａｓｏｎｗｅｌｄｂｅａｄｆｏｒｍａｔｉｏｎａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｒｅａｌｓｏａｎａｌｙｚｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｆａｒｃｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｔｈｅｒａｔｉｏｏｆＨｅｉｎｍａｉｎｓｈｉｅｌｄｉｎｇｇａｓ，ｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｆｕｓｉｏｎａｒｅａｇｒａｄｕ

5、ａｌｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｆｌａｓｅｒｐｏｗｅｒａｎｄｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｏｆｈｅａｔｓｏｕｒｃｅｓ，ｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｆｕｓｉｏｎａｒｅａｃｈａｎｇｅｓｉｎｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｔｅｎｄｅｎｃｙｏｆｕｎｄｅｒｃｕｔｉｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｈｅａｔｉｎｐｕｔｏｆｈｙｂｒｉｄｈｅａｔｓｏｕｒｃｅｓ．Ｗｉｔｈｔｈｅｒｉｓｉｎｇｏｆｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｉｎｐｕｔｏｆｔｈｅｅｎｅｒｇｙ，ｔｈｅｕｎｄｅｒｃｕｔｄｅｐｔｈｏｎｔｈｅｂａｃｋｓｉｄｅｏｆｔｈｅｗ

6、ｅｌｄｉｎｇｓｅａｍｄｅｃｒｅａｓｅｓ．Ｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｓｈｉｅｌｄｉｎｇｉｓｍａｉｎｌｙｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｔｈｅｈｅａｔｉｎｐｕｔｏｆａｒｃ．Ｔｈｅｍｏｒｅｉｎｐｕｔｈｅａｔｉｓ，ｔｈｅｐｏｏｒｅｒｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｅｆｆｅｃｔｉｓ．Ｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｈｙｂｒｉｄｗｅｌｄｉｎｇｊｏｉｎｔｕｎｄｅｒｏｐｔｉｍｕｍｗｅｌｄｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｓｌａｒｇｅｒｔｈａｎｔｈｅｂａｓｅｍｅｔａｌ，ａｎｄｔｈｅｅｌｏｎｇａｔｉｏｎｉｓｓｍａｌｌｅｒｔｈａｎｔｈｅｂａｓｅｍｅ

7、ｔａｌ．Ｔｈｉｓｉｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍａｒｔｅｎｓｉｔｅｉｎｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｓｅａｍ．Ｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｔａｋｅｓｐｌａｃｅｉｎｔｈｅｂａｓｅｍｅｔａｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｉｑｕｅ；ｆｉｂｅｒｌａｓｅｒ；ｈｙｂｒｉｄｗｅｌｄｉｎｇ；ＴＣ４ｔｉｔａｎｉｕｍ；ｗｅｌｄｂｅａｄｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓＯＣＩＳｃｏｄｅｓ１４０．３３９０；１６０．３９００；３５０．３３９０１引言钛合金具有密度低、比强度、比刚度高、耐腐蚀性好［

8、１］等优点，被广泛应用于航空航天、化工、医疗以及体育器械等领域［２－３］。目前，钛合金焊接最常用的方法是钨极惰性气体保护焊（ＴＩＧ）和熔化极惰性气体保护焊（ＭＩＧ），焊接工艺成熟，然而，电弧的热输入量大导致薄板焊接时产生的变形难以得到控制。相比之下，高能束流的焊接，例如电子束焊接和激光焊接［４－５］，由于热输入小、焊接接头质量高等特点，在实现小变形的全熔透焊接方面具有很