工業(yè)純鈦TA2激光焊接工藝及其氣孔形成機(jī)理研究.pdf

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(qiáng)度和耐蝕性，特別是對(duì)氯離子具有較強(qiáng)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(zhǎng)設(shè)備壽命還能降低維護(hù)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(shì)，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(duì)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(jì)制作了適用于鈦及鈦合金激光焊接的正面和背面保護(hù)裝置及夾具，保護(hù)效果良好。對(duì)2 mm TA2激光自熔焊中氣孔的特征及形成機(jī)理進(jìn)行研究。對(duì)4.2 mmTA2分別進(jìn)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(duì)兩種焊接接頭的微觀組織、織構(gòu)及力學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)地分析和對(duì)比研究，對(duì)其各區(qū)域微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能相互關(guān)系進(jìn)行了討論與分析。
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3、mm TA2激光自熔焊中氣孔形成機(jī)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(lái)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(hù)氣而形成的體積較大氣孔。
　　采用激光自熔焊對(duì)4.2 mm TA2堆焊試驗(yàn)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?。浑S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(duì)4.2 mm TA2堆焊試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)激光導(dǎo)前，焊后保護(hù)罩停留時(shí)間為90s時(shí)，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(shì)，下熔寬、熔深呈不同程度下降趨勢(shì)；光絲間距對(duì)焊縫成形的影響較小；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(shì)；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(yàn)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(qiáng)的織構(gòu)傾向；兩種焊接接頭隨著離焊縫中心距離越遠(yuǎn)，各區(qū)域晶粒直徑越小，而熱影響區(qū)的平均長(zhǎng)徑比較?。粡?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(dòng)，越容易發(fā)生滑動(dòng)。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(huì)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(shì)，焊縫