tc4鈦合金焊接成形組合工藝研究

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1、黼皴專(zhuān)詭TC4鈦合金焊接成形蚍藝研究顏偉大慶石油管理局工程建設(shè)公司培訓(xùn)中心黑龍江大慶163712【摘要】本文將超塑成形(sPF)和激光焊接技術(shù)(Lw)相結(jié)合，開(kāi)發(fā)激好的超塑性變形能力。光焊接／超塑成形組合工藝(LW／SPF)，研究Tc4鈦合金激光疊焊接頭的超塑超塑性變形溫度對(duì)焊板峰值流變應(yīng)力的影響，隨著變形溫度的性變形行為，并對(duì)超塑性變形前后的顯微組織進(jìn)行分析．結(jié)果表明，TO4鈦升高，疊焊板的流變應(yīng)力減小，超塑性變形能力增加，在同一變形溫合金激光疊焊接頭能夠承受焊板的變形，試樣在母材斷裂，并通過(guò)四層板度下，峰值流變應(yīng)力隨

2、著初始應(yīng)變速率的降低而減小。例如拉伸溫的模擬件研制驗(yàn)證了超塑成形／激光焊組合工藝工業(yè)應(yīng)用的可行性。度恒定900℃條件下，初始應(yīng)變速率增加至10-2S-1，峰值流變應(yīng)力【關(guān)鍵詞1Tc4鈦合金；激光焊接／超塑成形；組合工藝；微觀組織；39．75MPa，當(dāng)初始應(yīng)變速率為l0—3S-1時(shí)，峰值流變應(yīng)力為lO．5MPa。疊焊接頭在相同初始應(yīng)變速率條件下，延伸率隨溫度的升高而增加明顯．初始應(yīng)變速率對(duì)試樣的延伸率影響不是太明顯．這種現(xiàn)象是由于接頭對(duì)欽合金是工程領(lǐng)域最重要的結(jié)構(gòu)材料．鈦合金“超塑成形／擴(kuò)散連焊板超塑性變形頸縮與抗頸縮過(guò)程

3、的阻礙作用引起的。接”(“SPF／DB”)是一種低成本、高效益、近無(wú)余量的組合成形工藝，2．3激光疊焊板超塑性變形顯微組織在航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)和飛行器結(jié)構(gòu)件制造方面具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，獲通過(guò)900℃、10—3S-1時(shí)激光疊焊接頭超塑性變形后各區(qū)域顯微組得了廣泛的應(yīng)用。但是，傳統(tǒng)的鈦合金DB／SPF組合工藝仍暴露出相當(dāng)織的拉伸方向，中間連接焊縫因承受剪切力而發(fā)生明顯錯(cuò)位，未發(fā)生變多的問(wèn)題和局限陛，這種局限性均源于擴(kuò)散連接的固有特息(連接時(shí)間形的焊縫區(qū)域顯微組織，焊縫中心組織為長(zhǎng)片狀組織，說(shuō)明在高溫作用長(zhǎng)、連接過(guò)程需較大壓力、

4、對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)適應(yīng)性差等)。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)下，焊縫組織發(fā)生了由針狀馬氏體o【’一o【+p的一次組織轉(zhuǎn)變，但由于者研究發(fā)展鈦合金“熔焊／超塑成形”或“熔焊／擴(kuò)散連接／超塑成形”此區(qū)域未受到應(yīng)力變形的作用，因此沒(méi)有發(fā)生片層組織到等軸組織的二組合工藝，以替代或改進(jìn)現(xiàn)有DB／SPFT藝技術(shù)，目前，國(guó)內(nèi)外所涉及的次轉(zhuǎn)變。熔焊方法主要有氬弧焊、等離子弧焊、真空電子束焊、激光焊等。發(fā)生變形的焊縫區(qū)域顯微組織，此區(qū)域的片層組織更加短小，分布很明顯，要能夠與超塑成形匹配形成組合工藝，所采用的焊接方法也更雜亂，說(shuō)明在變形應(yīng)力的作用下，片層組織發(fā)

5、生了二次轉(zhuǎn)變，使得片必須首先在焊接工藝特點(diǎn)上與超塑成形工藝相適應(yīng)，激光焊接能量密層具有向等軸組織轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，然而由于與母材相比，焊縫發(fā)生變形所度高、焊接速度大，其焊縫寬度與鈦合金薄板多層結(jié)構(gòu)超塑成形的要求需應(yīng)力更大，因此轉(zhuǎn)變并不充分。最為吻合，而且，與電弧類(lèi)焊接方法(如氬弧焊、等離子弧焊等)相比，在熔合區(qū)右側(cè)為短小片層的焊縫區(qū)域，而左側(cè)為近等軸組織的熱激光焊具有熱影響區(qū)窄、焊件變形小、焊縫組織細(xì)小等特點(diǎn)，有利于保影響區(qū)，且熔合區(qū)界限非常明顯．說(shuō)明焊板超塑性變形過(guò)程中，接頭變證接頭的性能和超塑性；與真空電子束焊相比，無(wú)需真

6、空條件且適合于形并不充分，組織轉(zhuǎn)變未能達(dá)到混合狀態(tài)，接頭各區(qū)域仍在原始組織焊接薄板，對(duì)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性強(qiáng)，是最適合與超塑成形技術(shù)匹配形成“激的區(qū)域發(fā)生轉(zhuǎn)變，熱影響區(qū)組織為近似等軸組織，中間夾雜部分細(xì)小片光焊／超塑成形”或“激光焊／擴(kuò)散連接／超塑成形”組合工藝的焊接層。方法。2．4TC4激光疊焊／超塑成形模擬件研制本文將超塑成形(sPF)和激光焊接技術(shù)(Lw)相結(jié)合，開(kāi)發(fā)激光焊接將激光焊接試樣在真空條件下進(jìn)行超塑性脹形得到四層板結(jié)構(gòu)／超塑成形組合工藝(L、v／SPF)，研究TC4鈦合金激光焊板的超塑性變件，激光焊接形行為，并采

7、用激光疊焊／超塑成形制作四層結(jié)構(gòu)模擬構(gòu)件，驗(yàn)證其工試樣脹形試驗(yàn)的丁藝參數(shù)為：變形溫度920"C，氣壓2MPa，脹形時(shí)業(yè)應(yīng)用的可行性。間lh，零件最終晶粒尺寸為5—7m，超塑成形／擴(kuò)散焊接試驗(yàn)工藝為：1．試驗(yàn)溫度920~C，氣壓2MPa，脹形時(shí)間3h。激光焊接試樣經(jīng)超塑性脹形成四試驗(yàn)材料為細(xì)晶TC4鈦合金板材，厚度為0．8mm，鈦合金焊前應(yīng)層結(jié)構(gòu)件，采用激光焊／超塑成形組合工藝可制作符合使用要求的TC4進(jìn)行嚴(yán)格清理，激光焊接設(shè)備使用本研究室的Lase4000C02軸流激鈦合金四層結(jié)構(gòu)件，激光焊縫處完好無(wú)裂紋。光器，額定輸出

8、功率為4kw，光束模式為T(mén)EMOI，透射鏡聚焦，焦距3結(jié)論f=190．5mm，采用激光焊接獲得成形良好的TC4鈦合金疊焊接頭。1)疊焯焊縫組織為粗大的柱狀品，內(nèi)部為交織成的網(wǎng)籃組織，且上2，結(jié)果與分析板焊縫中馬氏體~-／fi更密集，熱影響區(qū)中存在少量細(xì)小馬氏體組織，且2．1TC4鈦合金激光疊焊接頭顯微組織成梯度分布。