tc4钛合金焊接成形组合工艺研究

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1、黼皴专诡TC4钛合金焊接成形蚍艺研究颜伟大庆石油管理局工程建设公司培训中心黑龙江大庆163712【摘要】本文将超塑成形(sPF)和激光焊接技术(Lw)相结合，开发激好的超塑性变形能力。光焊接／超塑成形组合工艺(LW／SPF)，研究Tc4钛合金激光叠焊接头的超塑超塑性变形温度对焊板峰值流变应力的影响，随着变形温度的性变形行为，并对超塑性变形前后的显微组织进行分析．结果表明，TO4钛升高，叠焊板的流变应力减小，超塑性变形能力增加，在同一变形温合金激光叠焊接头能够承受焊板的变形，试样在母材断裂，并通过四层板度下，峰值流变应力随

2、着初始应变速率的降低而减小。例如拉伸温的模拟件研制验证了超塑成形／激光焊组合工艺工业应用的可行性。度恒定900℃条件下，初始应变速率增加至10-2S-1，峰值流变应力【关键词1Tc4钛合金；激光焊接／超塑成形；组合工艺；微观组织；39．75MPa，当初始应变速率为l0—3S-1时，峰值流变应力为lO．5MPa。叠焊接头在相同初始应变速率条件下，延伸率随温度的升高而增加明显．初始应变速率对试样的延伸率影响不是太明显．这种现象是由于接头对钦合金是工程领域最重要的结构材料．钛合金“超塑成形／扩散连焊板超塑性变形颈缩与抗颈缩过程

3、的阻碍作用引起的。接”(“SPF／DB”)是一种低成本、高效益、近无余量的组合成形工艺，2．3激光叠焊板超塑性变形显微组织在航空、航天发动机和飞行器结构件制造方面具有独特的技术优势，获通过900℃、10—3S-1时激光叠焊接头超塑性变形后各区域显微组得了广泛的应用。但是，传统的钛合金DB／SPF组合工艺仍暴露出相当织的拉伸方向，中间连接焊缝因承受剪切力而发生明显错位，未发生变多的问题和局限陛，这种局限性均源于扩散连接的固有特息(连接时间形的焊缝区域显微组织，焊缝中心组织为长片状组织，说明在高温作用长、连接过程需较大压力、

4、对复杂结构适应性差等)。近年来国内外学下，焊缝组织发生了由针状马氏体o【’一o【+p的一次组织转变，但由于者研究发展钛合金“熔焊／超塑成形”或“熔焊／扩散连接／超塑成形”此区域未受到应力变形的作用，因此没有发生片层组织到等轴组织的二组合工艺，以替代或改进现有DB／SPFT艺技术，目前，国内外所涉及的次转变。熔焊方法主要有氩弧焊、等离子弧焊、真空电子束焊、激光焊等。发生变形的焊缝区域显微组织，此区域的片层组织更加短小，分布很明显，要能够与超塑成形匹配形成组合工艺，所采用的焊接方法也更杂乱，说明在变形应力的作用下，片层组织发

5、生了二次转变，使得片必须首先在焊接工艺特点上与超塑成形工艺相适应，激光焊接能量密层具有向等轴组织转变的趋势，然而由于与母材相比，焊缝发生变形所度高、焊接速度大，其焊缝宽度与钛合金薄板多层结构超塑成形的要求需应力更大，因此转变并不充分。最为吻合，而且，与电弧类焊接方法(如氩弧焊、等离子弧焊等)相比，在熔合区右侧为短小片层的焊缝区域，而左侧为近等轴组织的热激光焊具有热影响区窄、焊件变形小、焊缝组织细小等特点，有利于保影响区，且熔合区界限非常明显．说明焊板超塑性变形过程中，接头变证接头的性能和超塑性；与真空电子束焊相比，无需真

6、空条件且适合于形并不充分，组织转变未能达到混合状态，接头各区域仍在原始组织焊接薄板，对结构的适应性强，是最适合与超塑成形技术匹配形成“激的区域发生转变，热影响区组织为近似等轴组织，中间夹杂部分细小片光焊／超塑成形”或“激光焊／扩散连接／超塑成形”组合工艺的焊接层。方法。2．4TC4激光叠焊／超塑成形模拟件研制本文将超塑成形(sPF)和激光焊接技术(Lw)相结合，开发激光焊接将激光焊接试样在真空条件下进行超塑性胀形得到四层板结构／超塑成形组合工艺(L、v／SPF)，研究TC4钛合金激光焊板的超塑性变件，激光焊接形行为，并采

7、用激光叠焊／超塑成形制作四层结构模拟构件，验证其工试样胀形试验的丁艺参数为：变形温度920"C，气压2MPa，胀形时业应用的可行性。间lh，零件最终晶粒尺寸为5—7m，超塑成形／扩散焊接试验工艺为：1．试验温度920~C，气压2MPa，胀形时间3h。激光焊接试样经超塑性胀形成四试验材料为细晶TC4钛合金板材，厚度为0．8mm，钛合金焊前应层结构件，采用激光焊／超塑成形组合工艺可制作符合使用要求的TC4进行严格清理，激光焊接设备使用本研究室的Lase4000C02轴流激钛合金四层结构件，激光焊缝处完好无裂纹。光器，额定输出

8、功率为4kw，光束模式为TEMOI，透射镜聚焦，焦距3结论f=190．5mm，采用激光焊接获得成形良好的TC4钛合金叠焊接头。1)叠焯焊缝组织为粗大的柱状品，内部为交织成的网篮组织，且上2，结果与分析板焊缝中马氏体~-／fi更密集，热影响区中存在少量细小马氏体组织，且2．1TC4钛合金激光叠焊接头显微组织成梯度分布。