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1、第33卷第8期焊接學(xué)報Vol．33No．82012年8月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONAugust2012厚板鈦合金窄間隙TIG焊接頭組織與性能11112呂世雄，崔慶龍，黃永憲，鄭傳奇，王洋(1．哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進焊接與連接國家重點實驗室，哈爾濱150001;2．錢江摩托股份有限公司，溫嶺317500)摘要:采用氬弧焊的方法在窄間隙條件下，采用TIG填絲多層焊的方式實現(xiàn)了TC4厚板鈦合金的優(yōu)質(zhì)連接．結(jié)果表明，通過優(yōu)化焊接參數(shù)和合理的惰性氣體保護方案設(shè)計，保證了接頭的完整性與可靠性．通過宏觀和微觀金相分析，發(fā)現(xiàn)窄間隙焊接條件下晶粒生
2、長遵循聯(lián)生結(jié)晶生長規(guī)律;由于受到焊接熱循環(huán)的作用，致使接頭顯微結(jié)構(gòu)隨著冷卻速度變化呈現(xiàn)不同的組織結(jié)構(gòu);窄間隙TIG焊接頭因嚙合強化而使得接頭強度得到提高，焊縫的平均強度達到母材的90%以上．關(guān)鍵詞:厚板鈦合金;窄間隙TIG焊;組織;力學(xué)性能中圖分類號:TG444．74文獻標(biāo)識碼:A文章編號:0253－360X(2012)08－0081－04呂世雄0序言最具優(yōu)勢．窄間隙焊不僅可以減少坡口截面積、減少焊縫金屬的填敷量，而且在相對少的焊接熱輸入鈦合金具有密度小、比剛度高、比強度高，耐蝕下，解決了開坡口困難、焊接速度緩慢、焊后板材變［7］性好、耐熱性好等一系列優(yōu)點，在航空航天、海洋工形大
3、等問題．文中在實現(xiàn)了56mm厚鈦合金程、汽車和醫(yī)療等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)(TC4)板優(yōu)質(zhì)對接后，對接頭顯微組織進行了觀察［1］用．近年來工業(yè)部門對鈦合金應(yīng)用又以厚板焊接研究，測試了接頭的硬度及拉伸性能．結(jié)構(gòu)居多，因此一種高效便捷、經(jīng)濟性好、用于焊接厚板鈦合金的方法對于推動厚板鈦合金結(jié)構(gòu)的應(yīng)用1鈦合金窄間隙TIG焊工藝有著重要意義．在焊接高溫下鈦合金表面氧化膜變得疏松，使試驗選用窄間隙條件下TIG填絲焊的方法、多鈦與氫、氧、氮的反應(yīng)速度加快，降低了焊接接頭的層焊的方式對厚板鈦合金進行焊接．母材TC4(Ti-塑韌性．此外厚板材料焊接時常加工成U形或V6Al-4V)由陜西寶雞鈦業(yè)股
4、份有限公司提供，試件尺形坡口，以多層多道焊的方式進行焊接，填充金屬量寸為330mm×285mm×56mm，650℃保溫3h，隨［2］過大是這種焊接方法一個很大的不足，不僅浪費爐冷卻．所用焊絲為近α鈦合金Ti-4Al-2V，直徑為了焊接材料，而且因為熱輸入過大使得接頭性能變3mm，母材和焊絲的化學(xué)成分如表1所示．差．電子束焊接可以一次穿透18mm厚鈦合金［3］板，電子束焊接具有焊接速度高，焊接變形小，熱表1母材及焊絲化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)［4］效率高等一系列優(yōu)點，但焊接生產(chǎn)成本高，且試Table1Compositionsofbasemetalandfillermetal［5，6］
5、件尺寸受真空室限制;相比之下，采用氬弧焊的AlVFeCOTi方法，工藝簡單、操作靈活，可以有效解決大多數(shù)焊母材6．063．920．300．0130．15余量接結(jié)構(gòu)問題．焊絲4．501．800．200．0100．08余量鑒于此提出了一種利用氬弧焊窄間隙條件下焊接厚板鈦合金的方法，并配以良好的惰性氣體保護鈦合金焊接試驗系統(tǒng)原理如圖1所示．除焊接措施．TIG焊對有色金屬及其合金如鈦合金的焊接電弧區(qū)域保護外，焊接過程中對被焊試件實施正面、背面全面的保護，采用手動控制鎢極高度來控制電收稿日期:2011－05－10弧長度．基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(50974046，50904020
6、);哈爾濱市青年科技創(chuàng)新人才資助項目(2009RFQXG050)焊接試件所開窄間隙坡口如圖2所示，焊接前82焊接學(xué)報第33卷表2窄間隙條件下的焊接工藝參數(shù)Table2Weldingparametersfornarrow-gapTIGwelding焊接電流焊槍氣體流量銅管氣體流量背面氣體流量－1－1－1層數(shù)I/Aqh/(L·min)qt/(L·min)qb/(L·min)打底180810～2010中部240810～2010蓋面180810～2010工藝試驗結(jié)束后，對試件進行真空消應(yīng)力退火，圖1試驗系統(tǒng)原理退火溫度為650℃，保溫2h隨爐冷卻．從退火后的Fig.1Schematico
7、fexperimentalsystem焊接試件上分別取樣，進行拉伸試驗和顯微組織分析．對鈦合金進行化學(xué)清洗以除去試件表面的油污和氧化層．2試驗結(jié)果與分析2．1接頭的顯微組織形貌接頭由焊縫、熔合區(qū)、熱影響區(qū)3個部分組成．熔池經(jīng)歷了熔化、化學(xué)冶金等一系列復(fù)雜過程后迅速凝固形成焊縫．其中熱影響區(qū)雖然沒有熔化，但也因受到高溫影響而發(fā)生了組織轉(zhuǎn)變．圖4為焊接接頭整體的宏觀形貌，圖4a為焊縫整體腐蝕后的形貌，圖4b為在拋光腐蝕后光學(xué)顯微鏡下的接頭形貌．從圖4a中可以清楚的看到母材圖2試件坡口
