Ti40-TC4異種鈦合金電子束焊接工藝及組織性能研究.pdf

1、本文針對3 mm厚Ti40/TC4異種鈦合金電子束焊接(EBW)工藝及組織性能展開研究，通過光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、能譜分析、X射線衍射物相分析、顯微硬度以及室溫拉伸測試對Ti40/TC4異種鈦合金電子束焊接接頭的宏觀成形、顯微組織和力學(xué)性能進(jìn)行分析。探究不同工藝參數(shù)下接頭的組織性能的變化規(guī)律及其對缺陷的影響，得到 Ti40/TC4異種鈦合金電子束的最優(yōu)工藝參數(shù)。研究結(jié)果表明：
　　焊穿前或全熔透時(shí)熔寬與焊接速度成反比，處于穿透臨界

2、條件時(shí)熔寬與焊接速度成正比。掃描頻率增大使焊縫形貌從鐘罩形逐漸變?yōu)槁┒沸?，掃描頻率較大或使用方形波掃描會使焊縫表面出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)域并伴有明顯下榻缺陷。直線型掃描焊縫表面寬度比圓弧型掃描焊縫表面寬度大。在保持焊縫穿透后提高焊接速度能對下榻缺陷起到輕微的控制作用。掃描頻率選擇400Hz，使用直線型掃描明顯改善下榻缺陷。無掃描電子束焊接熔深小時(shí)幾乎沒有氣孔，焊接速度慢時(shí)，母材金屬熔化量增大使焊縫中氣孔數(shù)量增多。采用直線型掃描波形時(shí)掃描頻率增高氣

3、孔數(shù)量呈現(xiàn)減少趨勢，氣孔尺寸也逐漸變小。直線型掃描波形的氣孔數(shù)量明顯少于圓弧型掃描，氣孔尺寸也呈現(xiàn)出減少的趨勢。
　　無掃描電子束焊接接頭焊縫上部組織為β柱狀晶和少量等軸β晶粒，β柱狀晶內(nèi)部有黑斑點(diǎn)狀α相析出，熔合線邊緣有宏觀偏析的產(chǎn)生，焊縫下部β柱狀晶較上部細(xì)化、等軸晶數(shù)量增多并伴有少量Ti5Si3析出。Ti40合金熱影響區(qū)晶粒大小沒有明顯變化，但是有少量α相析出。TC4合金側(cè)熱影響區(qū)β相粗大、晶界模糊并有α'針狀馬氏體交織排布

4、的細(xì)小α片層組織。
　　直線型掃描的周期性均勻攪拌使焊縫中宏觀偏析現(xiàn)象得到有效改善，焊縫區(qū)晶粒轉(zhuǎn)化為等軸狀且得到明顯細(xì)化。圓弧型掃描難以起到攪拌熔池，細(xì)化晶粒的作用，促使焊縫區(qū)偏析現(xiàn)象的產(chǎn)生。掃描頻率增加使熔池周期性攪拌加劇，焊縫區(qū)α相的析出增多。
　　焊接速度對硬度影響較小，未添加掃描函數(shù)時(shí)，顯微硬度曲線先增大后減小， Ti40合金側(cè)熱影響區(qū)平均硬度比Ti40合金母材高15-25 HV，TC4合金側(cè)熱影響區(qū)平均硬度比TC4

5、合金母材高20-40 HV，焊縫區(qū)上部平均硬度為358 HV比下部硬度低了10-15 HV，TC4合金側(cè)熱影響區(qū)硬度達(dá)到峰值383 HV。掃描頻率升高焊縫區(qū)硬度增大，掃描頻率為1000 Hz時(shí)比未添加掃描函數(shù)的焊縫區(qū)上下部硬度均高了35-52 HV最高可達(dá)408 HV。掃描波形對熱影響區(qū)的硬度沒有明顯影響，直線型掃描比圓弧型掃描焊縫區(qū)上下部平均硬度高23-41 HV，而圓弧型掃描焊縫區(qū)平均硬度比未添加掃描函數(shù)接頭焊縫區(qū)硬度低5-10 H

6、V。
　　焊接速度過低時(shí)接頭塑性明顯下降，抗拉強(qiáng)度略微降低，拉伸試樣在熔合區(qū)斷裂。掃描頻率過低或過高時(shí)，接頭強(qiáng)度與塑性下降，掃描頻率過低時(shí)拉伸試樣在熔合區(qū)斷裂，過高時(shí)拉伸試樣在焊縫區(qū)斷裂，其余接頭斷裂位置均為 Ti40合金母材。直線型掃描對接頭性能有提升作用，而圓弧型掃描未起到強(qiáng)化作用反而有削弱的效果。Ti40合金母材斷裂處斷口宏觀形貌為冰糖狀沿晶斷裂為主，解理斷裂和韌窩斷裂的穿晶斷裂為輔的混合斷口。拉伸試樣斷裂于熔合區(qū)和焊縫區(qū)，