选区激光熔化TC4钛合金电子束焊接试验研究.pdf

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1、制造技术研究2014年4月第2期制造技术研究选区激光熔化TC4钛合金电子束焊接试验研究董鹏梁晓康陈济轮黑艳颖田彩兰（首都航天机械公司，北京100076）摘要：初步研究了选区激光熔化成形TC4钛合金的电子束焊接性。试验采用中压电子束对4mm厚试片进行焊接。焊后采用光学显微镜、显微硬度计、拉伸试验机评价了接头的显微组织和力学性能。选区激光熔化TC4焊缝与板材焊缝类似，接头的抗拉强度为1278MPa，达到母材90%以上。关键词：选区激光熔化；TC4钛合金；电子束焊接ElectronBeamWeldingofSelectiveLaserMeltdedTC4TitaniumAllo

2、yDongPengLiangXiaokangChenJilunHeiYanyingTianCailan(CapitalAerospaceMachineryCompany,Beijing100076)Abstract：Inthispaper,theelctronbeamweldabilityofselectivelasermeltdedTC4titaniumalloyswasinvestigatedpreliminarily.Theopticalmicroscope,microhardnessandtensiletestwereusedinanalystedthechara

3、cteristicoftheelctronbeamweldedjoint.Thewellelectronbeamweldabilitywasshownfromtheanalysisresults.ThetensilestrenghofselectivelasermeltedTC4jointswas1278MPa.Keywords：selectivelasermelting；TC4titanium；electronbeamwelding1引言腔投影面积大多为250mm×250mm，并且选区激光熔化成形效率偏低，成本较高。对于一些零件往往还需钛合金具有良好的比强度、比刚度以及

4、耐腐蚀性进行焊接等后处理才能实现整个零件的制造。电子束等优点，从20世纪50年代起作为航空航天领域一种焊接具有能量密度高、热影响小等特点，并且在真空重要结构材料广泛地应用于飞行器结构的制造。但是进行焊接，避免大气环境中钛合金焊接时氧、氢、氮钛合金成本高、加工困难，其加工工艺性远不如铝合带来的不良影响。国内外高校、研究所等研究机构对金等其他常用结构材料，例如，钛合金的经济切削速钛合金的选区激光熔化成形技术以及电子束焊接技[1][5，6]度小于60m/min，并且需要专用工具。选区激光熔术都进行了大量的研究工作，但是对于选区激光化成形技术是一种基于粉床铺粉、振镜扫描的金属材熔

5、化成形制备钛合金的电子束焊接未见相关报道。料激光增材制造技术，具有成形精度高、表面质量好本文采用中压真空电子束焊机对选区激光熔化等优点，并且基于粉床铺粉逐层制造的方式特别适于成形制备的TC4钛合金试片进行电子束焊接试验。焊制造悬臂、内流道等复杂型腔的结构。因此，该技术后对接头的焊缝成形、显微组织以及力学性能进行了一经提出就被认为是钛合金等难加工材料复杂构件分析。[2～4]一种理想的制造技术。目前商用选区激光熔化成形设备受到振镜扫场以及设备成形腔的限制，其成形2试验条件与方法作者简介：董鹏（1983-），工程师，光学工程专业；研究方向：激光焊接与增才制造。收稿日期：2014

6、-02-1712制造技术研究航天制造技术试验材料为选区激光熔化制备的TC4钛合金。采3.1焊缝组织形貌用线切割沿垂直于生长方向将TC4钛合金试块切割为图2为焊缝横截面，焊缝成形良好，形状与TC44mm厚试片，然后用砂纸打磨掉线切割影响层。焊前钛合金板材电子束焊缝类似。在焊缝中可以发现垂直采用硝酸、氢氟酸混合溶液（3%HF+30%HNO3水溶液）于熔池冷却方向凝固形成组大的柱状β相。去除试片待焊面氧化层，清水洗净后吹干待焊。图2焊缝宏观形貌图1选区激光熔化成形TC4试片图3为焊缝中不同位置的显微组织。其中图3a电子束焊接试验采用中压电子束焊机，焊后采用为靠近母材位置的显微组

7、织，焊缝中β柱状晶以母材光学金相显微镜对接头组织进行分析，通过显微硬度为基底外延结晶。柱状晶内为针状马氏体α’相，如图以及静载荷拉伸试验对接头的力学性能进行分析。3b所示。对焊缝进一步观察发现，在针状马氏体α’相存在二次析出细小的针状α’相，呈交错的网状组3试验结果分析织。a熔合线显微组织b焊缝显微组织c交错的网状α’相图3焊缝显微组织3.2接头力学性能图4为接头中母材-焊缝-母材的显微硬度分布。焊缝区的显微硬度不均且低于母材以及热影响区的显微硬度。这是由于母材采用选区激光熔化成形制备，母材中硬度较高的针状马氏体α’相分布较为