工業(yè)純鈦TA2激光焊接工藝及其氣孔形成機理研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、TA2是商業(yè)純鈦中應(yīng)用最廣泛的一種,由于其具有優(yōu)異的比強度和耐蝕性,特別是對氯離子具有較強的耐蝕性。因此,使用工業(yè)純鈦TA2作為設(shè)備制造的原材料,不僅可以延長設(shè)備壽命還能降低維護成本。TA2的焊接可采用鎢極氬弧焊、電子束焊、激光焊等,由于激光焊接具有能量集中、焊縫成形好、接頭變形小、生產(chǎn)效率高等顯著優(yōu)勢,激光焊接技術(shù)必將成為鈦及鈦合金焊接研究的主導(dǎo)方向。
  本文以2 mm和4.2 mm厚的工業(yè)純鈦TA2為研究對象,采用光纖激光自

2、熔焊與光纖激光-MIG復(fù)合焊方法,設(shè)計制作了適用于鈦及鈦合金激光焊接的正面和背面保護裝置及夾具,保護效果良好。對2 mm TA2激光自熔焊中氣孔的特征及形成機理進行研究。對4.2 mmTA2分別進行激光自熔焊與激光-MIG復(fù)合焊工藝研究,獲得了成形良好的焊接接頭,利用 OM、XRD、EBSD等分析手段對兩種焊接接頭的微觀組織、織構(gòu)及力學(xué)性能進行了系統(tǒng)地分析和對比研究,對其各區(qū)域微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能相互關(guān)系進行了討論與分析。
  2

3、mm TA2激光自熔焊中氣孔形成機理研究結(jié)果表明:激光焊接過程中產(chǎn)生兩種氣孔:一種是氫氣孔,尺寸小,內(nèi)壁較光滑,為H聚集形成的氣泡來不及逸出熔池形成的氣孔;另一種是工藝型氣孔,尺寸較大,其形狀不規(guī)則,為匙孔失穩(wěn)卷入空氣或保護氣而形成的體積較大氣孔。
  采用激光自熔焊對4.2 mm TA2堆焊試驗結(jié)果表明:隨著離焦量增大,下熔寬減小,上熔寬、熔深略有減小;隨著激光功率增加,上熔寬、下熔寬、熔深均呈不同程度上升;隨著焊接速度增加,上

4、熔寬、下熔寬均大幅度減小。
  采用激光-MIG復(fù)合焊對4.2 mm TA2堆焊試驗結(jié)果表明:當激光導(dǎo)前,焊后保護罩停留時間為90s時,焊縫成形好,顏色呈銀白色;隨著離焦量增大,焊縫上熔寬呈微小上升趨勢,下熔寬、熔深呈不同程度下降趨勢;光絲間距對焊縫成形的影響較??;隨著焊接速度增加,上熔寬、下熔寬,熔深呈現(xiàn)不同程度的減小趨勢;隨激光功率增加,上熔寬、下熔寬及熔深逐漸增加,基本都呈線性比例關(guān)系;隨電弧電流增加,上熔寬、熔深先增加后減

5、小,下熔寬逐漸增加。
  試驗結(jié)果還表明:相比于母材區(qū)的均一等軸α晶粒,激光自熔焊接頭與復(fù)合焊接頭的焊縫區(qū)與熱影響區(qū)的晶粒變得更加粗大,均存在柱狀α晶粒、不規(guī)則的鋸齒狀α晶粒以及少量的針狀α晶粒、α孿晶等組織,但激光自熔焊接頭的焊縫區(qū)織構(gòu)特征不明顯,而復(fù)合焊接頭焊縫區(qū)有很強的織構(gòu)傾向;兩種焊接接頭隨著離焊縫中心距離越遠,各區(qū)域晶粒直徑越小,而熱影響區(qū)的平均長徑比較??;復(fù)合焊接頭焊縫區(qū)及熱影響區(qū)晶粒直徑明顯高于激光自熔焊接頭,其孿晶

6、數(shù)量也較多;在柱面滑移系上,激光自熔焊與復(fù)合焊其他區(qū)域的施密特因子均小于母材區(qū)的施密特因子,由施密特定律可知,施密特因子越大越先開動,越容易發(fā)生滑動。兩種焊接接頭的焊縫區(qū)均存在{11-22}壓縮孿晶和{10-12}拉伸孿晶兩種孿晶,孿晶的生成會使母材織構(gòu)發(fā)生變化,引起加工硬化。
  復(fù)合焊接頭的焊縫區(qū)與熱影響區(qū)的顯微硬度均明顯高于母材區(qū),焊縫區(qū)的顯微硬度與熱影響區(qū)基本持平,而激光自熔焊接頭的焊縫區(qū)到母材區(qū)的顯微硬度有降低趨勢,焊縫

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