目前針對TC4鈦合金,多采用氬弧焊或等離子弧焊進行焊接加工,但該兩種方法均需填充焊接材料,由于保護氣氛、純度及效果的限制,帶來接頭含氧量增加,強度下降,且焊后變形較大。采用電子束焊接和激光束焊接,以下針對TC4鈦合金的焊接工藝,介紹該材料的精密焊接及注意事項。
1、焊縫氣孔傾向
焊縫中的氣孔是焊接鈦合金的缺陷,存在于被焊金屬電弧區(qū)中的氫和氧是產(chǎn)生氣孔的主要原因。TC4鈦合金電子束焊接,其焊縫中氣孔缺陷很少。為此,著重就激光焊接焊縫中形成氣孔的工藝因素進行研究。由試驗結(jié)果可以看出,激光焊接時焊縫中的氣孔與焊縫線能量有較密切關(guān)系,若焊接線能量適中,焊縫內(nèi)只有極少量氣孔、甚至無氣孔,線能量過大或過小均會導(dǎo)致焊縫中出現(xiàn)嚴重的氣孔缺陷。此外,焊縫中是否有氣孔缺陷還與焊件壁厚有一定關(guān)系,比較試樣試驗結(jié)果可看出,隨著焊接壁厚的增加,焊縫中出現(xiàn)氣孔的概率增加。
2、焊縫內(nèi)部質(zhì)量
利用平板對接試樣,采用電子束焊接和激光焊接來考察焊縫內(nèi)部質(zhì)量,經(jīng)理化檢測,焊縫內(nèi)部質(zhì)量經(jīng)X射線探傷,達GB3233-87 II級要求,焊縫表面和內(nèi)部均無裂紋出現(xiàn),焊縫外觀成型良好,色澤正常。
3、焊深及其波動情況
鈦合金作為工程構(gòu)件使用,對焊深有一定要求,否則不能滿足構(gòu)件強度要求；而且要實現(xiàn)精密焊接,必須對焊深波動加以控制。為此,采用電子束焊接和激光焊接方法分別焊接了兩對對接試環(huán),焊后對試環(huán)進行了縱向及橫向解剖,來考察焊深及焊深波動情況,結(jié)果表明,電子束焊接焊縫平均焊深可達2。70mm以上,焊深波動幅度為-5。2~+6。0%,不超過±10%；激光焊接焊縫平均焊深約為2。70mm,焊深波動幅度為-3。8~+5。9%,不超過±10%。
4、接頭變形分析
利用對接試環(huán)來考察接頭焊接變形,檢測了對接試環(huán)的徑向及軸向變形,結(jié)果表明,電子束焊接和激光焊接的變形都很小。電子束焊接的徑向收縮變形量為f 0。05~f 0。09mm,軸向收縮量為0。06~0。14mm；激光焊接的徑向收縮變形量為f 0。03~f 0。10mm,軸向收縮變形量為0。02~0。03mm。
5、焊縫組織分析
經(jīng)理化檢測,焊縫組織為a+b,組織形態(tài)為柱狀晶+等軸晶,有少量的板條馬氏體出現(xiàn),晶粒度與基體接近,熱影響區(qū)較窄,組織形態(tài)和特征較為理想。經(jīng)研究可得出：對于TC4鈦合金,無論是激光焊接還是電子束焊接,只要工藝參數(shù)匹配合理,均可使焊縫內(nèi)部質(zhì)量達到國標GB3233-87Ⅱ級焊縫要求,實現(xiàn)TC4鈦合金的精密焊接；焊縫外觀成形良好,色澤正常；焊縫余高很小,無咬邊、凹陷、表面裂紋等缺陷產(chǎn)生。
