TC4钛合金激光窄间隙焊接工艺与组织特征研究

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1、研究论文RESEARCHTC4钛合金激光窄间隙焊接工艺与组织特征研究王翔宇，巩水利，杨瑕，芦伟，单飞虎(中航工业北京航空制造工程研究所高能束流加工技术重点实验室，北京100024)【摘要】使用IPGYLS．5000多模光纤激光器实现了12mm厚TC4钛合金光纤激光窄间隙焊接，优化了焊接工艺，并对焊缝组织和显微硬度进行了分析。结果表明：激光窄间隙焊接容易产生气孔和侧壁未熔合缺陷，优化后的焊接工艺能显著减少气孔并消除未融合缺陷。母材显微组织为典型的等轴组织，焊缝区显微组织由粗大的B柱状晶和网篮状马氏体0【’组成。热影响区晶粒尺寸明显细化。热影响区组

2、织由细小的针状马氏体0【7、转变仪组织和B转变组织构成。焊缝区和热影响区的显微硬度高于母材，近焊缝热影响区显微硬度达到最大值。关键词：窄间隙；TC4钛合金；激光焊接；显微组织；显微硬度StudyontheProcessParametersOptimizingandMicrostructureCharacteristicsinNarrow-GapLaser纾台ldingofThickTC4PlateⅥ後NGXiangyu，GONGShuili，YANGJing，LUW萌，SHANFeihu(ScienceandTechnologyonPowerB

3、eamProcessesLaboratory,AVICBeijingAeronauticalManufacturingTechnologyResearchInstitute，Beijing100024，China)IABSTRACTlTheIPGYLS-5000multi-modefiberlaserisusedforthe12ramthickTC4platebythemultiple—passnarrow-gapapproach．Optimizedprocessparametersareattained，aswellasthemicrostr

4、uctureinlaserbeamweldsofTC4titaniumalloyisinvestigated．Theresultshowsthatincompletefusionandporositycouldbereducedusingtheoptimizedweldingparameters．Themicrostructureofthebasemetal(BM)istypicalequiaxedstructure．Themicrostructureoffusionzone(FZ、iscomposedof13columnarcrystalan

5、dbasketweavemartensite0【’phase．Thegrainsizeofheataffectedzone(HAZ)isobviouslyrefined．TheHAZpartiallytransformedismadeupofmartensite0【7phase，transformedc【andtrans-formed13．Moreover,themicrohardnessofweldmetalandheataffectedzoneishigherthanthatofbasemetal，andthehard-nessreache

6、stopeakvalueintheheataffectzonenearweldmetal．Keywords：Narrow—gap；TC4titaniumalloy；Laserwelding；Microstructure；MicrohardnessDOI：10．i6080／j．issnl671-833x．2016．23／24．104钛合金有高比强度，良好的抗腐蚀、抗蠕变和焊接性等优点，广泛用于航空航天、船舶、汽车和化学工业⋯。传统TC4厚板焊接方法主要有TIG焊和真空电子束焊等12-3J。TIG焊焊接厚板一般采用开坡口多层多道焊接方式，焊接坡口角

7、度一般大于300，因此存在焊接速度较慢、焊接变形大、残余应力大、焊缝组织粗大、焊缝中会存在夹钨等缺陷14-51。真空电子束焊构件结构尺寸受限于真空室尺寸，因而不能焊接大型结构件。近年来，光纤激光器飞速发展，其器输出功率高、光束质量好，焊接柔性高，有望成为金属材料厚板焊接的理想选择。与传统焊接技术相比，激光窄间隙焊接线能量较小，焊接厚板时冷却速度较快，热影响区窄，焊接接头的残余应力和变形较小16】。传统焊接技术窄间隙焊接时，通常通过开坡口、多道多层填丝焊实现。激光窄间隙焊接一般104航空制造技术·2016年第23／24期采用开I型或V型坡口的单道

8、多层焊，填充面积较少，有效节约了焊材，使焊接效率进一步提高[7-910目前，国内外有关光纤激光焊接厚板钛合金的研究还鲜见报道。因此，本研究以12mm厚