TC4钛合金TIG焊接头组织及力学性能

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1、WeldingTechnologyVo1．40No．4Apr．2011·试验与研究·15文章编号：1002—025X(2011)04—0015-03TC4钛合金TIG焊接头组织及力学性能侯继军，余军，董俊慧(1。内蒙古工业大学材料科学与工程学院，内蒙古呼和浩特010051；2．军事交通学院物流系，天津300161)摘要：采用TIG焊，通过改变焊接_T-艺参数，对厚2．4mm的TC4钛合金板材施焊。利用光学显微镜观察焊接接头显微组织，扫描电子显微镜观察拉伸试件断口形貌，用万能试验机测定焊接接头力学性能。结果表明：经历TIG焊接热循环后，焊缝组织为针状马氏体

2、d；热影响区组织不均匀，距焊缝较近的区域为Ⅸ，远离焊缝处为0l+少量0【，拉伸试件断口断裂形式为解理断裂；当焊接电流为7OA、焊接速度为8m／h和氢气流量为l1L／min时，所得接头力学性能较其他工艺参数所得接头性能好，该接头抗拉强度达到母材的85．1％，断后伸长率为母材的19．6％。通过对拉伸试件断口进行EDS能谱分析发现，接头未被空气污染，说明晶粒粗大是接头性能下降的主要原因。关键词：TC4合金；TIG焊；接头组织；力学性能中图分类号：TC4a．4．74文献标志码：B钛合金的突出性能是比强度高、抗蚀性好，因焊前采用机械清理和化学清理2种方法对TC4此

3、，钛合金在航空、航天、造船、化工等工业应用钛合金板材和焊丝进行清理。机械清理的目的是去广泛。TC4钛合金在国内是上世纪6O年代初期开始除氧化皮，用细砂纸擦拭待焊边缘30～50mm范围研制生产的，现已广泛用于制造航空发动机、风扇内的板材。然后使用酸液清洗试板，酸液配方为：和压气机的盘与叶片等H]。该合金现在占钛合金总产(硝酸)40％、(氢氟酸)5％和水。量的50％以上．占全部钛合金加工件的95,％E。对TC4钛合金板材进行TIG双面焊．焊接电源由于钛合金高温活性强，高温时易与氧、氮、氢采用四川电子焊接设备公司的WS一400型氩弧焊机．等元素结合，使得焊接接

4、头被污染，从而造成接头性直流正接，接头形式为I形对接，间隙1mm。电极能恶化；钛合金熔点高，但其导热性差，焊接时接头为西2．5mm的铈钨极，喷嘴直径为13mm，电弧电在高温区间停留时间长，合金元素在B相中的扩散系压11V。其他焊接工艺参数见表2。焊接时正面和数大，因此，高温B相快速长大，晶粒粗大，产生背面采用纯度为99．99％的氩气进行保护，背面保护“B脆性”E3；气孔是钛合金焊接过程中经常产生的缺气流量为24L／min，正面保护气流量分别为7，9，陷[41。因此，为获得高质量的钛合金TIG焊接头，研11L／min究TC4钛合金TIG焊具有重要学术意义和

5、实用价值。裹2TC4钛合金TIG焊焊接工艺参数试样编号123456789焊接电流IIA707070909090l1O1l01101试验材料与方法焊接速度v／(m·h)888ll1l1ll61616试验材料为2．4mm厚的TC4钛合金板材。填充氩气流量qJ(L·rain)7911791l79l1材料是从母材上剪切然后用砂纸打磨成直径约为2．0mm的焊丝，其化学成分见表1。焊后按GB／I"2651—2o08，GB厂I’2653—2008制取接头拉伸和弯曲试样，在5HT4605型微机控制电液伺寰1TOI台金化学成分(质量分数)(％】服万能试验机上进行拉伸和弯曲

6、试验，弯曲试验采用三点加载的方式进行，用HVS一30Z／LCD型数字式维氏硬度计测试接头硬度，采用测3点取平均值的方法。收稿日期：2010—11一O6磨制接头金相试样，并用蔡司光学显微镜观察接头显chnologyVo1．40No．4Apr．2011·试验与研究·l7头组织粗大；或者是焊接过程中，接头未由于试样2未焊透，破坏了晶界的连续性造成的。护。受到污染所致。／＼／一／嘎扑456789母材(a)试样3的断口形貌(b)试样2的断口形貌试样编号试样编号拉伸试验结果(b)试样弯曲试验结果＼一一在试样3断口处进行能谱分析，结果见表4。接．头中主要化学元素是Ti

7、，Al，V，说明对接头的保护较好，未受到污染。通过对所有拉伸试件断口形貌观·456789察与分析，均发现断口表面呈现光亮，具有晶粒状，试样编号试样编号硬度检测结果(d)试样断后伸长率几乎都属于解理断裂的形式，由此也证明，接头性能图2接头力学性能较差的主要原因是晶粒较大。表4能谱结果听元素质量分数(％)原子质量分数(％)AlK6．2410．59裂分析K89．8485．89接头拉伸、弯曲试样试验后照片。图3aVK3．923．52总量100．00【试样大部分断裂于熔合线处，试样2断裂_．试样断面与主应力方向垂直，符合脆性试件基本看不到明显的塑性变形，说明接4结

8、论：差；肉眼观察试样的断口都比较平整，呈(1)采用焊接电流70A、焊接速度8m／