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厚板钛合金窄间隙TIG焊接头组织与性能研究

李慧  
【摘要】:钛合金因具有无磁性、无毒性、强度高、耐腐蚀、加工性(成形与焊接)好等许多优良特性,被誉为海洋金属、空间金属和未来金属,广泛应用于海洋钻探、压力容器、深潜器、核潜艇、宇航、舰船、能源冶金、交通运输、石油工业等领域。 各种各样的问题都会在钛合金的使用过程中产生,尤其是焊接时造成的缺陷。因此,关于钛合金的焊接技术及其焊接接头组织性能的研究迫在眉睫。本文实现了厚板钛合金的窄间隙自动化焊接,同时借助金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计(HV)、扫描电子显微镜(SEM)、力学性能测试等手段,对钛合金窄间隙TIG焊的焊缝成形、接头各区域的组织特征、力学性能以及断口形貌进行了研究。获得的主要结论有: (1)通过一系列的工艺调试,确定了16mm厚钛合金板材可以实现侧壁熔合良好、焊缝成形美观的焊焊接头的最佳匹配参数。焊接电流控制在200A-270A之间;焊接电压:11.0~11.5V;送丝速度:50~100m/h;焊接速度:6m/h。 (2)母材区的显微组织为片状和细条状的初生α相以及少量均匀分布在基体上的残余β相;α'相六方马氏体是焊缝区的显微组织;热影响区分为细晶区和粗晶区两部分,细晶区的显微组织是初生α相、等轴α相、β相,粗晶区晶粒的长大程度比较显著,其显微组织为少量的初生α相和α'相。通过对母材区和焊缝区进行的成分分析,焊缝区的元素种类与母材区的元素种类相比,元素种类保持不变。对比焊缝区的合金元素浓度与母材区的合金元素浓度,发现焊缝区的合金元素浓度变化较小。这说明钛合金中的合金元素受到的烧损程度微乎其微,而且元素呈现为比较致密均匀的分布形态。 (3)在低焊接线能量(A组:1320KJ·m-1~1452KJ·m-1)、中等焊接线能量(B组:1518KJ·m-1~1656KJ·m-1).高焊接线能量(C组:1725KJ·m-1~1863KJ·m-11)的条件下,焊接接头从顶部到底部的平均抗拉强度为792MPa、749MPa、803MPa,都分别超过了母材的96%以上。Ti75合金母材的冲击韧性为1067KJ/m2,焊缝的冲击韧性为970KJ/m2.868KJ/m2.897KJ/m2,分别达到了母材的81%以上。母材的冲击韧性普遍高于焊缝的冲击韧性。在1518KJ·m-1的焊接线能量条件下,弯曲角可达1350,弯曲性能良好。 (4)Ti75合金母材的硬度为280HV左右,焊接接头由母材到焊缝中心的横向硬度表现为先升高后降低的趋势,热影响区的硬度达到峰值。 (5)大量的等轴韧窝是拉伸试样断口的最主要的微观形貌。抛物线形韧窝是冲击试样断口的典型微观特征。均属于韧性断裂机制。


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