Ti_6Al_4V合金手工TIG焊接头的显微组织及力学性能_赵宇.pdf

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1、!"#$%&’(")*&+#+’,-+#./01+.234’.5667·试验与研究·5/文章编号：9665>650U（5667）62>665/>6/#$%&’(%)*合金手工#+,焊接头的显微组织及力学性能赵宇9，5，吉日嘎兰图9，赵静9，李洪伟/（9.长春工业大学材料科学与工程学院，吉林长春9/6695；5.吉林大学材料科学与工程学院，吉林长春9/6655；/.中油吉林化建工程股份有限公司，吉林吉林市9/5659）摘要：系统地研究了(%>73#>2-合金(<=焊接头的显微组织及力学性能，通过一系列的试验，摸索出一套使接头力学性能处于最佳状态的焊接工艺参数及其

2、相应的显微组织状态。关键词：钛合金；显微组织；力学性能；焊接工艺参数中图分类号：(=20CV9文献标识码：W目前国内外研究者针对钛合金焊接技术的研究，着重于相和其晶界网状分布的#相的机械混合物，如图9J所示。笔者新型焊接设备及工艺，如电子束焊、激光焊等方面89:5;，至于对用扫描电镜观察到的典型的"K#两相组织，如图9L所示，在原应用最普遍且灵活、成本低、体积小的(<=焊方面系统的研究始粗大的#晶粒内存在向不同位向平行生长的"晶粒及原#相晶较少。由于钛合金焊接结构的复杂限制了(<=焊焊接方法的推界处未转变的#相，"相平均晶粒尺寸为06$?。广，因此系统地研究(

3、%>73#>2-合金(<=焊接接头的显微组织及力学性能甚为重要。!试验材料及试验方案试验材料为2??厚的(%>73#>2-合金板，焊接材料为!5.0??的标准焊丝@A(%>73#>2-，其化学成分见表9。表!#$%&’(%)*合金及其焊丝化学成分（质量分数）（I）（J）母材金相显微组织566Z（L）母材扫描显微组织牌号OPQ13#-R"S%图!母材显微组织(%>73#>2-T6.96T6.90T6.690T6.620.0E7.F/.0E2.0T6./6T6.90焊缝与热影响区的显微组织如图5所示，从图中能观察到@A(%>73#>2-T6.60T6.90T6.6

4、6FT6.6560.0E7.C0/.0E2.0T6.50—热影响区组织明显粗化，晶粒平均尺寸为956$?。在焊接加试样下料采用机械切割方法，开B形坡口，坡口角度为热过程中部分"相转变成#相，#相在高温下的扩散速度非常C6DEF6D，钝边6.0??。用机械方法去除表面氧化膜，再用丙快，且钛合金的热导率低等因素促进了#晶粒的快速长大，随酮擦拭坡口及其两侧各06??范围内及焊丝表面，并放入烘干后的冷却过程中部分#相转变为针状的"（M"N），%，过冷#相等箱烘干5*。焊接方法采用手工(<=焊，选用具有下降外特性、亚稳定相。因此热影响区组织为由针状的"（M"N），%，过

5、冷#高频引弧的直流氩弧焊电源，且延迟送气时间不少于90G。电相及残余"相和#相组成的混合物。这些相能显著改变近缝区极采用铈钨极，选用大直径喷嘴，焊前先通气一段时间后，的力学性能，其中%相对力学性能的影响主要看其在合金中的再引弧焊接。处于高温的熔池后部焊缝及热影响区，均用拖体积分数，%相的体积分数超过F6I时钛合金完全失去塑性，罩进行氩气保护，焊缝背面也采取相应的保护措施，以避免如果%相的体积分数控制适当即06I左右时，钛合金能具有良空气中有害污染物（氢、氧、氮等）进入焊接区，使用的氩气好的强度与塑性的配合。由于(%>73#>2-合金中的3#有效地控纯度在HH.

6、HHI以上。主要焊接工艺参数见表5。制了%相的数量，从而保证了较高的强度与良好的塑性匹配。表"焊接工艺参数氩气流量（XY·?%&>9）母材厚度焊丝直径钨极直径焊接电流电弧电压X??X??X??X3X-喷嘴拖罩背面25.0/966E95690E50905095焊后对试样进行拉伸试验、硬度测试和光学显微镜、扫描电镜和透射电镜显微组织观察与分析。"试验结果及分析（J）焊缝及热影响区金相（L）焊缝及热影响区扫描显微组织566Z显微组织(%>73#>2-合金在退火状态下的金相组织为细小等轴晶"图"焊缝及热影响区显微组织收稿日期：5660>96>/9；修回日期：5667>

7、67>90焊缝组织如图/J所示，从图中可观察到焊后组织均发生了$#·试验与研究·焊接技术第!"卷第#期$%%&年’月明显的变化，即形成了无规则分布的交叉片状或长针状!(相，如图!)所示组织，该组织为六方马氏体，它是焊后连续冷却过程中以晶体切变的方式完成晶格重构，还能看到在!(晶界分布的少量过冷的亚稳定"相，在应力的作用下，能转变为应力诱发马氏体，这种马氏体具有低的屈服强度、高应变硬化速率及均匀伸长率、较高的塑性，所以应该增加焊缝中诱发马氏体的比例，提高焊缝力学性能。钛合金中马氏体硬度略高于!（)）焊缝去应力退火后的扫描组织（*）焊缝普通退火后的扫描组织相的硬度

8、，对焊缝的强化效果也不是很显著。钛合金