钛合金窄间隙tig焊接头强化机理研究

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1、大摘要钛合金窄间隙TIG焊接头强化机理研究大摘要钛作为一种优良的结构材料，具有密度小、综合性能优异、比强度高，比刚度高，良好的加工性，极强的抗腐蚀性能，因此首先被广泛的应用于航空、航天、舰船、海洋工程、兵器等行业，成为军事工业不可或缺的优质结构材料。除此之外，钛及其合金在很多化学介质中优异的耐腐蚀性能及其它综合性能，又被运用在石油、化工、医药、能源，体育，交通运输等领域，逐步取代各种金属材料，在短时间内跃居金属材料使用的第三位。钛及钛合金的性能毋庸置疑，钛及钛合金的应用也会大大提升部分特殊装备的性能，随着各国经济的

2、发展，钛及其合金在未来的民用和军用领域都将迎来快速的发展。因而钛及钛合金有不可估量的发展前景。随着现代工业及国防装备的日趋大型化、高参数化，厚板、超厚板焊接金属结构的应用也愈来愈广泛。因此，必须研究相关厚板钛合金焊接技术来达到构件在各方面的性能要求，为此而有了窄间隙和超窄间隙焊接技术，与传统焊接技术相比，窄间隙焊接具有诸多技术与经济的优越性。鉴于窄间隙焊接技术的优点，该技术已成为现代工业生产中厚板焊接的首选技术。就钛合金这一性能优越的材料而言，俄罗斯就是采用了窄间隙这种特殊的焊接方法。据有关资料，显示当厚板钛合金在

3、采用手工TIG窄间隙焊接时，焊接接头会产生一种“啮合”效应，即采用强度级别低于母材的焊丝进行窄间隙焊接时，焊后接头的强度可以与母材等强。本课题通过钛合金窄间隙焊接试验研究焊接接头的强化，分析窄间隙焊接接头在承受载荷时产生“啮合效应”的机理。这一成果将填补我国在钛合金厚板窄间隙焊接技术的空白，为钛合金厚板窄间隙焊接提供焊接生产指导，同时也为超细晶粒钢的焊接提供借鉴。钛合金厚板窄间隙焊接选用低匹配焊丝焊接后，焊接接头力学性能得到大大提高。为了进一步证实接头强度提高的程度以及分析接头的强化机理，根据研究要求，选用了33m

4、m、44mm、66mm三种厚度的Ti6V4V合金板材，采用三种不同牌号的焊丝TA2、2B、BT6cb对钛合金板材进行了窄间隙焊接。设计焊接接头的破口为“I”型、采用中间堆焊后对接并实施双面对称TIG焊接。同时也测试了三种焊丝的熔敷金属的力学性能。分析了厚板钛合金窄间隙焊接接头力学性能的分析，在采用低于母材强度的TA2和2B焊丝焊接高强钛合金，接头强度比焊丝熔敷金属的强度又了很大的提高，TA2焊丝接头从熔敷金属的抗拉强度的510MPa提高到740MPa左右，2B焊大摘要丝接头也有了很大的提高，达到母材强度的90%可视

5、为等强，BT6cb焊丝是TC4的配套焊丝，焊接接头强度均与母材等强。分析了窄间隙多道焊热循环对焊缝金属的作用，多次热循环相当于对焊缝金属进行正火作用，减小了焊接组织的晶粒尺寸，提高了接头的力学性能。厚度增加时扩散的合金元素（Al、V）每增加大约10mm厚度增加0.4个百分点；每增加1mm间隙合金元素（Al、V）扩散减小0.25个百分点。当Al含量小于7%情况下每增加10mm厚度即可增加抗拉强度19.6MPa；每增加1mm的间隙减小抗拉强度12.25MPa。分析了窄间隙低匹配TIG焊焊接工艺条件下，焊缝的组织形态。在

6、这种焊接工艺下接头形成了比较好的钛合金组织，如钛合金马氏体，网状组织，这些也是提高接头强度重要的因数。分析了拉伸硬化对接头强度提高的作用。根据实测的试验数据初步建立了焊接接头的等强面积图。分析了低匹配焊缝熔敷金属在高强度母材中应力分布，母材在发生屈服以前，焊缝金属的屈服强度随拘束度的增加而升高，升高的强度可达3倍左右。分析指出焊缝金属的屈服是与母材的拘束程度有关系，随着拉伸应力的加大，母材发生屈服，使拘束度减小，从而使焊缝金属在母材屈服前发生屈服，因而低匹配焊缝金属的屈服始终是低于母材的，结合合金元素过渡强化可知，

7、这种屈服首先是发生在焊缝中间的。关键词：钛合金；窄间隙；强化机理；啮合效应大摘要ResearchonstrengtheningmechanismoftitaniumalloyjointedbyTIGnarrowgapweldingAbstractAsgoodstructuralmaterials,Titaniumalloyshavelowdensity,excellentperformanceinhighandlowtemperatureconditions,highspecificstrength,highsti

8、ffnessratio,goodperformanceofcorrosionresistance,thenfirstusewidelyinaviation,aerospace,ship,marineengineering,steelandotherindustries,andbecameindispensablequalitystructuralmateri