TC4钛合金激光焊接接头组织与性能

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1、第38卷第2期稀有金属材料与工程Vol.38,No.22009年2月RAREMETALMATERIALSANDENGINEERINGFebruary2009TC4钛合金激光焊接接头组织与性能111112杨静，程东海，黄继华，张华，赵兴科，郭和平(1.北京科技大学，北京100083)(2.北京航空制造工程研究所，北京100083)摘要：分析不同激光焊接工艺参数下焊缝的微观组织特征，并测试焊缝的力学性能。结果表明：TC4钛合金激光焊接焊缝为针状马氏体α′组成的网篮组织和少量α″相；随着焊接热输入量的增加，由于熔池搅拌、焊接应力、合金元素烧损等原因，马氏体的分布更加

2、散乱和密集；焊接工艺参数对焊缝相组成和各相相对含量的影响均不显著。合理的焊接工艺参数下，接头的强度高于母材。关键词：TC4钛合金；激光焊；显微组织；性能+中图法分类号：TG146.23文献标识码：A文章编号：1002-185X(2009)02-0259-04TC4钛合金具有优良的耐蚀性、小的密度、高的焦距f=190.5mm，最小焦斑直径为0.4mm。焊前用钢比强度及较好的韧性和焊接性等一系列优点，在航空丝刷或砂纸打磨试样表面，并对板面和待焊端面进行航天、石油化工、造船、汽车，医药等部门都得到成除油处理和酸洗以去除板表面的油污和氧化层。除油[1]功的应用。以往的

3、研究表明，激光焊接方法非常适使用自行配制的碱洗液，配方为5%~10%NaOH+乙醇。合钛合金材料的焊接，尤其在钛合金薄板及精密零件酸洗液配方为5%HF+30%HNO3+H2O。焊接过程中使[2]的焊接上具有广阔的应用前景。激光焊接接头的组用多路气体对接头及温度超过400℃以上的区域进行织、性能严重影响到焊接结构件的寿命与安全性，对全方位保护，以防止氧化和消除等离子屏蔽的影响。其进行深入研究有重要的意义。从以往的研究来看，采用扫描电镜和透射电镜对焊接接头不同区域进钛及钛合金焊接接头组织和性能分析等方面已有报行微观组织分析。显微组织的侵蚀采用Keller试剂：2[

4、3~7]道。国内外学者对钛合金激光焊接接头的残余应mLHF+10mLHNO3+88mLH2O。透射电镜所用电解力、断裂韧性、疲劳性能、焊缝的组织及力学性能等双喷液配方为6%高氯酸+34%正丁醇+60%甲醇。母材方面都进行了广泛而深入的研究，关于焊接工艺参数与焊接接头的室温拉伸试验试样形状尺寸设计参考对激光焊接焊缝成形的影响也有较多报道，但针对焊GB/T228-2002与GB/T2651-1989国家标准，焊缝位于接工艺参数对微观组织、相组成的影响研究甚少。激试样的中心。拉伸试验在MTS810试验机上进行，最光焊接是在温度、化学成分及应力极不平衡的条件下大载荷2

5、.5t，加载速率0.05mm/s；使用Leo-1450型发生的，是一个十分复杂的物理化学过程，对于不同扫描电镜对断口形貌进行观察。的焊接工艺条件，必定对应特定的接头性能与微观组[8]2结果及讨论织结构。本研究通过激光焊接试验，对不同焊接工艺参数下焊接接头的微观组织进行观察，着重分析了2.1接头显微组织分析激光焊接工艺参数对接头显微组织和相组成的影响，图1为母材与焊接接头的金相组织照片。试验所用并研究在不同焊接工艺下接头的力学性能，观察断口TC4钛合金母材原始组织是由等轴的α和晶间分布的β形貌。两相组织组成，晶粒平均尺寸在5µm左右。焊缝为针状马氏体组成的网篮组

6、织，粗大的β柱1材料及方法状晶边界依稀可见。焊后熔合区自β相区快速冷却过试验所用材料为TC4钛合金试板，厚度0.8mm。程中，β相来不及通过扩散转变成平衡的α相，而是采用HS-40高功率轴快流CO2激光器进行焊接，其额定通过β相中原子作集体有规律的近程迁移而实现切变输出功率为4kW，光束模式为TEM01，透射镜聚焦，相变，形成针状马氏体相。X射线衍射表明，焊缝中收到初稿日期：2008-01-25；收到修改稿日期：2008-10-14作者简介：杨静，女，1983年生，硕士，北京科技大学材料与工程学院，北京100083，电话：010-62334859，E-mail

7、:chengdonghaicdh@yahoo.com.cn·260·稀有金属材料与工程第38卷主要形成α′相。焊缝中针状α′马氏体在β柱状晶晶粒焊接过程中柱状晶形核长大的同时伴随着马氏体相边界和晶粒内部同时形核长大，首先形成一根或若干变，大量金属蒸汽和等离子体的喷射使其对熔池的搅根相互平行的一次α′，并在长距离内扩展贯穿整个晶拌作用加剧，容易造成细小的针状马氏体的破碎或断界，分割为转变的β，接着形成一系列相对细小的二裂，并会使生长中的枝晶易于破碎，造成更多的形核次针状α′，导致焊缝形成典型的网篮状马氏体组织(图核心。此外，大热能量也会促使马氏体提前形核，增1b

8、)。这种网篮状组织的塑性、蠕变抗力及高