發(fā)布時(shí)間：2017-10-14 23:38

  本文關(guān)鍵詞：TC4鈦合金激光焊接接頭溶質(zhì)元素分布及不均勻性的研究

  更多相關(guān)文章： 鈦合金 光纖激光焊接 溶質(zhì)元素分布 熔池流動(dòng)行為 焊接接頭不均勻性

【摘要】：鈦合金具有比剛度高、比強(qiáng)度高,耐腐蝕性好、耐熱性高、良好的塑韌性以及較好的加工性等優(yōu)點(diǎn),已成為應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、航空航天、石油化工和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的重要材料,在尖端科學(xué)和高新技術(shù)方面占有重要地位。激光焊接作為一種發(fā)展逐漸成熟的高能束焊接方式,其能量密度高、加熱集中、焊接速度快、焊縫成形好、焊件變形小、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn),因此必將成為鈦合金焊接的主流方式。本文試驗(yàn)研究了TC4鈦合金光纖激光焊接工藝參數(shù)對(duì)焊接接頭成形的影響,同時(shí)對(duì)焊接接頭的溶質(zhì)元素分布以及組織與力學(xué)性能的不均勻性進(jìn)行了研究。采用掃描電子顯微鏡(SEM)、EDS、維氏硬度和萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)等技術(shù)研究了預(yù)置合金粉末TC4鈦板激光焊接接頭成分分布、組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。同時(shí)探究了溶質(zhì)元素分布形成機(jī)理及其對(duì)鈦合金激光焊接接頭力學(xué)性能的影響�，F(xiàn)基于以上試驗(yàn)與分析結(jié)果得出如下結(jié)論:(1)針對(duì)3.0mm厚的TC4鈦合金板材,進(jìn)行光纖激光堆焊試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,隨著激光功率的增大,鈦合金激光焊縫的熔深、熔寬和余高均逐漸增大,而激光功率對(duì)熔深的影響程度更大;隨著焊接速度的減小,熔深、熔寬和余高均逐漸增加,且咬邊程度也逐漸增大,而焊接速度對(duì)熔寬的影響更大。(2)鈦合金激光焊縫氣孔主要分為工藝特征氣孔與冶金特征氣孔兩大類。(3)通過在TC4鈦合金板上預(yù)制不同配比的Al、Si混合粉末進(jìn)行激光焊接,得到不同種類的焊縫,分析認(rèn)為,激光熔透焊焊縫溶質(zhì)元素的分布,主要取決于熔池流動(dòng)與自身的擴(kuò)散作用。(4)元素硅的加入可顯著改善熔池的流動(dòng)性,使得熔池運(yùn)動(dòng)更為劇烈,從而使焊縫各區(qū)域溶質(zhì)元素的分布更為均勻。(5)試驗(yàn)選取以針狀馬氏體為代表,通過測(cè)量計(jì)算其晶粒尺寸的變化來反映焊接接頭組織的不均勻性。三組(組Ⅰ:未添加合金粉末的TC4鈦合金、組Ⅱ:添加Al粉TC4鈦合金、組Ⅲ添加90%Al粉和10%Si粉的TC4鈦合金)焊接接頭的晶粒尺寸在熔寬與中心線方向均顯示出了一定程度上的變化。(6)試驗(yàn)選取三組焊接接頭上部、中部、底部沿熔寬方向打點(diǎn)測(cè)試顯微硬度,并且也測(cè)試了焊縫中心線方向上的硬度,從而發(fā)現(xiàn)了焊接接頭力學(xué)性能上的不均勻性。組Ⅰ焊接接頭各層硬度差別不大,且各層硬度均呈“馬鞍狀”分布,最高值出現(xiàn)在熔合線附近,焊縫中心線方向硬度變化也較為平緩,硬度最低值出現(xiàn)在焊縫中部;組Ⅱ焊縫各層硬度差別較大,且各層硬度均呈“凸臺(tái)狀”分布,硬度最高值出現(xiàn)在焊縫中心區(qū)域,焊縫中心線方向硬度變化較大,中上部硬度較高,硬度最低值出現(xiàn)在焊縫中下部;組Ⅲ焊縫各層硬度差別略大,但變化較組Ⅱ焊縫更為平緩。焊縫上部熔寬方向硬度呈“凸臺(tái)狀”分布,硬度最高值在焊縫中心,中部和底部熔寬方向則呈“馬鞍狀分布”,硬度最高值在熔合線附近。組Ⅲ焊縫中心線方向硬度自上往下依次降低。(7)力學(xué)性能對(duì)比試驗(yàn)顯示,添加合金粉末中鋁元素含量越高,焊接接頭硬度的提高越明顯,但焊接接頭更脆,抗拉強(qiáng)度更低。添加了硅粉的焊接接頭,由于改善了熔池流動(dòng)性,晶粒細(xì)化程度更高,綜合力學(xué)性能更好。三組焊接接頭斷口均為脆性斷裂。
【關(guān)鍵詞】：鈦合金 光纖激光焊接 溶質(zhì)元素分布 熔池流動(dòng)行為 焊接接頭不均勻性
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG456.7
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 緒論10-23
• 1.1 課題意義10
• 1.2 鈦合金概述10-17
• 1.3 鈦合金激光焊研究現(xiàn)狀17-21
• 1.4 課題研究?jī)?nèi)容及目的21-23
• 2 材料及試驗(yàn)方法23-29
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料23
• 2.2 主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備23-25
• 2.3 研究方法25-27
• 2.4 金相試樣制備27
• 2.5 微觀組織級(jí)成分分析27-28
• 2.6 焊接接頭力學(xué)性能分析28
• 2.7 本章小結(jié)28-29
• 3 TC4鈦合金激光焊接工藝研究29-38
• 3.1 激光焊接工藝對(duì)焊縫成形的影響29-32
• 3.2 焊縫宏觀形貌和微觀組織分析32-34
• 3.3 鈦合金激光焊接氣孔形成機(jī)理34-37
• 3.4 本章小結(jié)37-38
• 4 TC4鈦合金激光焊接焊縫溶質(zhì)元素分布的研究38-51
• 4.1 試驗(yàn)方法38-39
• 4.2 焊縫形貌分析39-40
• 4.3 鈦合金激光熔透焊溶質(zhì)的分布特征40-48
• 4.4 鈦合金激光熔透焊溶質(zhì)的分布特征機(jī)理分析48-50
• 4.5 本章小結(jié)50-51
• 5 TC4鈦合金激光焊接接頭不均勻性的研究51-66
• 5.1 試驗(yàn)方法51-52
• 5.2 晶粒尺寸的不均勻性分析52-56
• 5.3 顯微硬度的不均勻性分析56-60
• 5.4 焊縫力學(xué)性能對(duì)比60-64
• 5.5 本章小結(jié)64-66
• 6 結(jié)論66-68
• 參考文獻(xiàn)68-71
• 致謝71-72
• 碩士期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文72

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 陳曦;姚剛;黃銳;李飛;陳根余;;TC4鈦合金加入鋁夾層的激光焊接[J];中國(guó)激光;2013年06期

2 董麗娜;張建勛;;Ti6Al4V激光焊接接頭非均勻梯度特征研究現(xiàn)狀[J];稀有金屬材料與工程;2013年03期

3 鄭世卿;溫鵬;單際國(guó);;激光熱絲焊焊縫熔合比和焊縫深度方向的微觀成分均勻性[J];焊接學(xué)報(bào);2012年12期

4 李清華;胡樹兵;李行志;肖建中;王亞軍;劉昕;籍龍波;;TC4鈦合金焊接接頭組織不均勻性與疲勞性能[J];材料工程;2010年01期

5 程?hào)|海;黃繼華;林海凡;張華;;TC4鈦合金激光拼焊接頭顯微組織及力學(xué)性能分析[J];焊接學(xué)報(bào);2009年02期

6 楊靜;程?hào)|海;黃繼華;張華;趙興科;郭和平;;TC4鈦合金激光焊接接頭組織與性能[J];稀有金屬材料與工程;2009年02期

7 李曉延;鞏水利;張建勛;;輕金屬焊接中組織、性能和壽命演變相關(guān)基礎(chǔ)問題[J];機(jī)械強(qiáng)度;2008年06期

8 楊靜;程?hào)|海;黃繼華;張華;趙興科;孫占;;TC4合金激光焊接工藝參數(shù)與接頭組織性能研究[J];熱加工工藝;2007年23期

9 劉順洪;彭善德;項(xiàng)凡;;TC4鈦合金激光搭接焊的研究[J];電焊機(jī);2006年06期

10 吳會(huì)強(qiáng),馮吉才,何景山,張秉剛;Ti-6Al-4V電子束焊接焊縫區(qū)域精細(xì)組織特征[J];航空材料學(xué)報(bào);2005年03期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 龐盛永;激光深熔焊接瞬態(tài)小孔和運(yùn)動(dòng)熔池行為及相關(guān)機(jī)理研究[D];華中科技大學(xué);2011年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 馬紀(jì)龍;鈦合金電子束深熔焊熔池傳質(zhì)及釘尖缺陷研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

，

本文編號(hào)：1033844