TC4薄板钛合金搅拌摩擦焊接工艺研究

作者:李宝华[1,2];李悦煌[2];曾俊[2];李继忠[3];仇一卿[1,2];刘礼军[1,2];张坤[4] 刊名:现代焊接 上传者:杨静

【摘要】本文采用钨一铼合金材质的搅拌头对1.5mm厚TC4钛合金在不同的焊接参数下进行了搅拌摩擦焊接试验,并对焊缝进行X射线检测、金相组织观察及力学性能测试。结果表明:旋转速度为100rpm、焊接速度为20mm/min进行焊接时,可获得优质的焊缝接头,其抗拉强度为1174.5MPa,延伸率为5.16%,焊核区由粗大的α相和β相经过相转变在立方晶格α钛合金中形成的过饱和马氏体组成。随着旋转速度和焊接速度的提高,焊缝根部出现了未焊透或未完全熔合缺陷,焊缝的强度和延伸率均降低,拉伸断裂型式从沿着拉伸方向约呈45°角断裂转变为垂直于拉伸方向断裂。

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现代 焊 接 ⋯ TC4薄板钛合金搅拌摩擦焊接工艺研究 文/李宝华 李悦煌 曾 俊 李继忠。 仇一卿’ 刘礼军。 张 坤 (1一湖北三江航天红阳机电有限公司:2一先进焊接技术湖北省重点实验室 3一中航工业北京航空制造工程研究所;4一北京赛福斯特技术有限公司 ) 摘 要:本文采用钨一铼合金材质的搅拌头对1.5mm厚T( 钛合金在不同的焊接参数下进行了搅拌摩擦 焊接试验,并对焊缝进行X射线检测、金相组织观察及力学性能测试。结果表明:旋转速度为lOOrpm、 焊接速度为20mm,min进行焊接时,可获得优质的焊缝接头,其抗拉强度为1 174.5MPa,延伸率为 5.16%,焊核区由粗大的0c相和B相经过相转变在立方晶格oc钛合金中形成的过饱和马氏体组成。随着 旋转速度和焊接速度的提高,焊缝根部出现了未焊透或未完全熔合缺陷,焊缝的强度和延伸率均降低, 拉伸断裂型式从沿着拉伸方向约呈45。角断裂转变为垂直于拉伸方向断裂。 关键词:搅拌摩擦焊;钛合金;焊接参数 ;断裂型式 J予 吾 随着陔技术研究的小断发展, 【人】外已经 将高熔点合金搅拌摩擦焊技术作为近年来研究 的新领域 由于钛合金的密度小、强度高、耐 蚀性好、热强度高. 航卒航天领域-f t得到越 来越多地应用,钛的性质活泼,熔点高、热容 量较小、导热系数小,高温下与氧、氮、氢反 成速度较快,焊接性能较羞。日前主要的焊接 方法有钨极氩弧焊 、电子束焊 、激光焊接等, 在 内钛合金的搅拌摩擦焊接丁艺研究及T程 化应川还相对较少.本义采用钨一铢合金材质的 搅拌头,对1.5nm 薄板钛合金开展搅拌摩擦焊接 1 试验,以摸索焊接 l 艺参数对薄板钛合金 焊缝成彤及性能的影响? 1 实验材料及方法 试验选 1.5mm厚的rC4钛合金板,试板尺 寸为lO~un×200nml 焊前对钛合金试板进行酸 作者简介 挛震华 (1982 ). .I岛绁 I一程lIjlj,H d寸从靠抖接技术【.件 洗, 对焊接对合面进f 硎削,去除氧化物等 杂质。选用钨一铼合金材质的搅拌头, 轴们 径为15ram,搅拌针长为1.4ram,端部~d*3mm, 根部直径为8mm. 『}t丁钛合金搅拌摩擦 过程焊接温度较幽, 焊接过程中搅拌 现火红色,参见罔l所,J , l 钛合金搅拌哮擦焊接过程 现代焊接 2016年第11期 总第167期 J一17 现 d~r'. 代 Wi 焊 eld 磐 (P)n=240rpm.v=4Omm/min 鹤2 钛合全 缝表面形貌 为防止焊缝在焊接过程巾氧化,采用氲气对搅 拌头及焊缝进行表面防护。焊接过程中主轴倾 角为2.5。,由于钛合金板厚较小.为了限制焊 接温度过高,选取焊接转速在100~200rpm,焊 接速度选择在20~50mndmin 焊后对焊缝进行x 射线检测、金相组织分析及力学性能测试。 2 实验结果与分析 2.1 焊缝表面形貌分析 图2为5组不同焊接参数下的焊缝表面形貌, 从同中町以看 ;̈,图2(a)~图2(d)试板所选 HJ的参数焊接过程稳定,表面成形 良好,并且 存氲气保护条件下焊缝氧化 明 ,只在焊缝 边缘出现 _r少量氧化现象。从罔2(e)中还可 以看出.在旋转速度为200rpm、焊接速度为40 mm/min的 艺参数下,焊缝表而粗糙 ,表面成 彤 光滑,这是南于焊接热输入量相对较大, 导致焊缝表面材料粘度增加,焊接过程rf1材料 粘着在搅拌头_j ,在冷却过程中

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