工業(yè)純鈦TA2激光焊接工藝及其氣孔形成機理研究

工業(yè)純鈦TA2激光焊接工藝及其氣孔形成機理研究TA2是商業(yè)純鈦中應用最廣泛的一種,由于其具有優(yōu)異的比強度和耐蝕性,特別是對氯離子具有較強的耐蝕性。因此,使用工業(yè)純鈦TA2作為設備制造的原材料,不僅可以延長設備壽命還能降低維護成本。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、生產效率高等顯著優(yōu)勢,激光焊接技術必將成為鈦及鈦合金焊接研究的主導方向。本文以2mm和4.2mm厚的工業(yè)純鈦TA2為研究對象,采用光纖激光自熔焊與光纖激光-MIG復合焊方法,設計制作了適用于鈦及鈦合金激光焊接的正面和背面保護裝置及夾具,保護效果良好。對2mmTA2激光自熔焊中氣孔的特征及形成機理進行研究。對4.2mmTA2分別進行激光自熔焊與激光-MIG復合焊工藝研究,獲得了成形良好的焊接接頭,利用OM、XRD、EBSD等分析手段對兩種焊接接頭的微觀組織、織構及力學性能進行了系統(tǒng)地分析和對比研究,對其各區(qū)域微觀結構與力學性能相互關系進行了討論與分析。2mmTA2激光自熔焊中氣孔形成機理研究結果表明:激光焊接過程中產生兩種氣孔:一種是氫氣孔,尺寸小,內壁較光滑,為H聚集形成的氣泡來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)卷入空氣或保護氣而形成的體積較大氣孔。采用激光自熔焊對4.2mmTA2堆焊試驗結果表明:隨著離焦量增大,下熔寬減小,上熔寬、熔深略有減小;隨著激光功率增加,上熔寬、下熔寬、熔深均呈不同程度上升;隨著焊接速度增加,上熔寬、下熔寬均大幅度減小。采用激光-MIG復合焊對4.2mmTA2堆焊試驗結果表明:當激光導前,焊后保護罩停留時間為90s時,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,下熔寬、熔深呈不同程度下降趨勢;光絲間距對焊縫成形的影響較小;隨著焊接速度增加,上熔寬、下熔寬,熔深呈現不同程度的減小趨勢;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系;隨電弧電流增加,上熔寬、熔深先增加后減小,下熔寬逐漸增加。試驗結果還表明: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)織構特征不明顯,而復合焊接頭焊縫區(qū)有很強的織構傾向;兩種焊接接頭隨著離焊縫中心距離越遠,各區(qū)域晶粒直徑越小,而熱影響區(qū)的平均長徑比較小;復合焊接頭焊縫區(qū)及熱影響區(qū)晶粒直徑明顯高于激光自熔焊接頭,其孿晶數量也較多;在柱面滑移系上,激光自熔焊與復合焊其他區(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,越容易發(fā)生滑動。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,孿晶的生成會使母材織構發(fā)生變化,引起加工硬化。復合焊接頭的焊縫區(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