TC4合金激光焊接工艺参数与接头组织性能研究

作者:杨静;程东海;黄继华;张华;赵兴科;孙占 刊名:热加工工艺 上传者:李雪莲

【摘要】用OM、SEM等手段分析了不同激光焊接工艺参数下焊缝成形和其微观组织特征,并测试了焊缝的力学性能。结果表明:0.8mm厚钛合金板激光穿透焊离焦量范围约在-2mm~+2mm之间,最佳离焦量为-0.5mm。随焊接线能量的增大,焊缝熔宽和背面宽度都呈增大趋势,且背面宽度的增加更为显著。TC4合金焊缝为针状马氏体α′组成的网篮组织。随着焊接热输入量的增加,马氏体的形态由平行的单相针转变为多相针,分布更加密集和散乱。不同焊接工艺参数下接头的强度均高于母材,塑性低于母材。

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随着各个领域,尤其是航空航天中钛合金部件使用量越来越多,焊接问题日益突出,对焊接方法提出了更高要求。激光焊接具有焊缝成形好、热影响区小、焊接变形小、焊接质量好、焊接效率高,操作简单、易于监控等优势,非常适合钛合金材料的焊接,必将成为钛合金焊接的主导方向[1]。钛合金激光焊接时要经历加热、熔化、化学反应、结晶、冷却、固态转变等一系列复杂的过程,这些过程又是在温度、化学成分及应力极不平衡的条件下发生的,是一个十分复杂的过程,这一固有的特点造成了焊缝成形、接头组织和力学性能上的不均匀性。焊缝及热影响区的组织、性能显著地影响焊接接头的疲劳行为、零件的使用寿命乃至设备的安全,因此,研究焊接接头的组织、性能具有重要的意义。本文通过激光焊接试验,研究TC4合金激光焊接接头的力学性能和微观组织,并对不同焊接工艺参数下焊缝的微观组织和焊缝成形进行观察,分析焊接离焦量、线能量对激光穿透焊焊缝成形参数、显微组织的影响。1试验材料及方法试验用TC4试板厚度为0.8mm,轧制退火态。平板对接焊,不填加焊丝。焊前试件经砂纸打磨去除氧化膜,丙酮清洗后用5%HF+30%HNO3水溶液进行酸洗。采用额定输出功率为4kW的轴流CO2激光器进行焊接,平板单熔焊初选焊接工艺后,选择功率为11.3kW、速度为23m/min的激光焊接工艺参数进行平板对接焊。焊后用线切割方法沿横截面取样,将截面打磨、抛光,用2mlHF+10mlHNO3+88mlH2O的《热加工工艺》2007年第36卷第23期《热加工工艺》2007年第36卷第23期vrH/mHw/mHb/m0.244-235.357962.93-0.251-260.0851034.15-0.6270.8638001275.81100.950.6290.7788001271.6987.920.6630.7918001206.5954.30.6250.778001279.99985.9670.6120.7728001304.61008.50.5890.788001358.21060.580.5690.7798001404.81095.5350.315-309.96982.18-表10.8mm厚TC4合金激光焊接时焊缝截面尺寸与激光焦点位置的关系!f/mm-4-3-2-1-0.500.5123浸蚀剂进行浸蚀,在光镜及Leo-1450型扫描电镜下观察接头组织、测量焊缝各部分的尺寸。拉伸试验在MTS810试验机上进行,拉伸试样的形状尺寸按国家标准设计,焊缝位于拉伸试样中心。2试验结果及讨论2.1工艺参数对焊缝成形的影响2.1.1离焦量的影响在特定的功率和速度下进行焊接试验,离焦量从-4mm到+3mm变化,测量不同离焦量下焊缝熔深H、熔宽Hw、焊缝背面宽度Hb,并计算深宽比v及焊缝背面宽度与熔宽之比r值,结果见表1。对于一定的激光功率和焊接速度0,.8mm厚钛合金板激光穿透焊接离焦量范围大约在-2mm+2mm之间,过分的负离焦或正离焦均会使激光焊接模式由深熔焊向热传导焊转变。在穿透焊的离焦量范围内-(2<"f<+2),由于能量密度的变化导致熔宽随离焦量的增大先减小后增大,在-0.5mm位置时出现最小值。焊缝背面宽度随离焦量的变化趋势与熔宽相似。当2<"f<-2时,由于焊接模式从深熔焊转变为热导焊,导致了焊接热输入量的急剧减小,从而冷却速度增加,熔深、熔宽都急剧减小。熔宽和焊缝背面宽度的变化导致了焊缝的深宽比产生差异,其变化趋势与熔宽相同。在离焦量为-0.5mm时,得到最大深宽比0.663,且此位置的r值最接近0.8,可较好的保证焊缝的综合性能[2],因

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