TA18(Ti-3Al-2.5Ｖ)是美国20世纪60年代末研制的一种近α型钛合金，，因其拥有优良的力学机能、加工机能和优于TC4钛合金的焊接机能，，被宽泛用作航空管材[1]。相比不锈钢或铝合金管材，，TA18钛合金管材不仅能接受更大的工作压力，，还能满足航空航天领域对靠得住性及悠久性的要求[2]。

在工程利用过程中，，钛合金管材、钛合金板材和型材均会受到空间地位及装配精度的限度，，势必要选取相宜的焊接步骤对其进行衔接[3-4]。在现实利用中，，TA18钛合金管材常以无缝管的大局使用，，因而对于TA18钛合金的钻研重要集中在轧制及无缝管加工方面[5-7]。

随着钛焊管束备技术的发展，，相比无缝钛管，，钛焊管在制作成本、绿色高效、壁厚均匀一致性等方面显示出肯定的优势，，并已在某些领域取代无缝钛管获得利用[8]。然而，，现阶段针对TA18钛合金焊管的钻研较少，，尤其是焊缝对服役机能的影响有待深刻钻研。因而，，别离选取钛焊管工业出产中常用的直流钨极氩弧焊(直流TiG)、脉冲钨极氩弧焊(脉冲TiG)和激光焊接工艺对TA18钛合金板材进行焊接，，钻研分歧焊接工艺对焊缝几何状态、显微组织及力学机能的影响，，以期为TA18钛合金焊管的研发提供肯定的理论凭据和技术参考，，推 进钛合金焊管的出产利用。

1、尝试

尝试资料为2mm厚的TA18钛合金冷轧带卷，，其化学成分如表1所示。从冷轧钛带卷上切取试样，，规格为500mm×100mm×2mm。

选取直流TiG、脉冲TiG和激光焊接3种方式别离沿着板材轧制方向焊接TA18钛合金板材。施焊前，，用砂纸打磨试样理论，，而后用酒精冲刷，，烘干。TiG焊接和激光焊接过程中均选取纯氩气对高温焊接熔池区域进行双面；；；，，其中钨极；；；づ缱炱辶髁课8L/min，，焊接拖罩气体流量为10L/min，，背面；；；て辶髁课10L/min。

TiG焊机型号为松下YC-400TX4型，，激光器为6000Ｗ光纤激光器，，焊接工艺参数如表2所示。在使用脉冲TiG焊接时，，基值电流是峰值电流的20％，，同时脉冲频率设定为200Hz，，有利于降低焊接总体的热输入，，方便节制熔池的描摹和尺寸，，使得焊道理论纹理光滑。脉冲TiG焊接的均匀电流为180A，，直流TiG焊接的电流为215A。

按图1所示，，选取激光切割机在TA18钛合金焊接接头地位截取金相试样和力学机能试样。金相试样经过磨抛后，，用ＫｒｏLL试剂进行侵蚀。选取ＸＪＺ-6A型光学显微镜观察焊接接头组织，，并用402mＶA型显微硬度计丈量焊接接头分歧地位的显微硬度，，加载载荷为0.8N，，持续功夫为15s。拉伸试样依照GB/T 2651-2008加工，，标距长度为100mm。选取Ｃmt5105型全能试验机进行室温拉伸机能测试，，拉伸速度在试样屈服之前为0.2mm/min，，之后增长至20mm/min。弯曲试样依照GB/T 2653-2008加工，，压头直径为6mm，，下压头间距为12mm，，弯曲速度为60mm/min。

2、了局与分析

2.1宏观描摹

图2为分歧焊接工艺下TA18钛合金焊接接头理论的宏观描摹，，焊缝及热影响区宽度如表3所示。

从图2能够看出，，TiG焊接和激光焊接都可实现TA18钛合金板材双面优良成形，，焊缝正面和背面均陆续均匀。

由于直流TiG焊接热输入较大，，焊缝宽度达到8.72mm；；；选取脉冲TiG焊接时，，高频脉冲促使电弧能量集中，，整体的焊接热输入减小，，焊缝宽度降低至7.40mm；；；而激光焊接过程中激光束拥有更强的穿透性且激光能量越发集中，，以至激光焊接接头焊缝和热影响区宽度均显著降低，，焊缝宽度仅为2.66mm，，相比于直流TiG焊接降低约69.5％。

激光焊接拥有最快的熔池加热和冷却速度，，熔池高温停顿功夫短，，液态金属流动性差，，熔池中心的液态金属不能实时回流到焊缝两侧，，导致焊缝两侧咬边缺点增长。而脉冲TiG焊接可对焊接熔池的流动性进行调控，，因而可能更好地节制焊缝熔透行为、焊缝宽度和咬边。相比激光焊接，，脉冲TiG焊缝中心地位熔池下塌降低，，热影响区地位的熔池咬边也得到肯定减弱。

2.2显微组织

图3为分歧焊接工艺下TA18钛合金焊接接头的横截面描摹。图4为TA18钛合金焊接接头横截面组成区域示意图。由图4能够看出，，TA18钛合金焊接接头重要分为母材(bAsemetAL，，bm)、热影响区(ｈeAtAｆｆeｃteｄｚｏｎe，，ＨAＺ)和焊缝区(ｗeLｄｚｏｎe，，ＷＺ)，，而热影响区凭据受热情况分为粗晶热影响区(ｃｏAｒseｇｒAｉｎｈeAtAｆｆeｃteｄｚｏｎe，，ＣＧＨAＺ)和细晶热影响区(ｆｉｎeｇｒAｉｎｈeAtAｆｆeｃteｄｚｏｎe，，ＦＧＨAＺ)。从图3能够看出，，直流TiG焊接接头粗晶热影响区的晶粒出现铸态组织特点。脉冲TiG焊接方式可能降低焊缝熔池的整体热输入，，同时峰值电流和基值电流交替对熔池液态金属进行加热和冷却，，有利于加强对焊接熔池的搅拌作用，，细化粗壮的柱状晶粒。激光焊接拥有较快的加热和冷却速度，，熔池液态金属重要凭借于热影响区半溶解晶粒形核长大，，熔池高温停顿功夫相对较短，，晶粒来不及长大便凝固；；；焊缝柱状晶区晶粒呈45°夹角从两侧对称向焊缝中心地位成长，，拥有较大的长宽比。

图5为TA18钛合金焊接接头分歧地位的金相组织。从图5能够看出，，固然直流TiG、脉冲TiG、激光焊接的热源大局有所差距，，但焊接接头分歧区域的微观组织特点根基类似。TA18钛合金母材组织为等轴α相，，当焊接加热温度超过α/β转变温度时，，母材中的α相向β相转变，，高温下β晶＜本绯ご骩9-10]。在随后的急剧冷却过程中，，焊缝熔池内粗壮的β晶粒保留至固相，，并形成针状马氏体α′相[11]。直流TiG焊接接头中除针状马氏体α′相之外，，还存在大量先共析α相，，其中焊缝区内先共析α相占比最大且呈块状团圆散布，，这批注即便在焊缝熔池急剧冷却的过程中，，熔池内部门区域仍存在较大温差，，导致分歧地位的冷却速度分歧，，造成焊缝分辨歧地位显微组织存在差距。与直流TiG焊缝中存在较大的块状α相分歧，，脉冲TiG焊缝中的针状马氏体α′相越发藐小，，呈交错的网篮组织状态。

激光焊接焊缝区显微组织重要为原始β晶界隔开的针状马氏体α′相及少量的块状相变α相，，且网篮状分列的针状马氏体α′相占比最大，，组织最细。

粗晶热影响区为针状马氏体α′相和越发藐小、弥散散布的块状转变α相。随着距离热源中心地位的增长，，细晶热影响区的加热温度较低且冷却速度快，，晶粒尺寸依然较小，，仅有部门α相转变为高温β相(深色)，，随后冷却过程中形成α＋α′相组织。

2.3力学机能

由于TA18钛合金直流TiG、脉冲TiG和激光焊接接头微观组织存在差距，，导致焊缝显微硬度也有所分歧。TA18钛合金母材显微硬度值为2.17GPA，，激光焊接接头焊缝区的均匀显微硬度值达到2.73GPA，，显著高于直流TiG和脉冲TiG(焊缝区的均匀显微硬度值别离为2.53、2.57GPA)。这是由于激光焊接拥有较快的冷却速度，，导致焊缝区形成大量藐小的网篮状分列的针状马氏体α′相，，而网篮状分列的针状马氏体α′相是提高焊缝强度和硬度的重要组织[9，，12]。

图6为TA18钛合金室温拉伸试样的照片，，图7为分歧焊接工艺下TA18钛合金焊接接头的室温拉伸机能。从图6能够看到，，分歧焊接工艺下拉伸试样的断裂地位均位于母材处。TA18钛合金母材的抗拉强度为659MPa，，屈服强度为626MPa，，延长率为22.0％。从图7可知，，焊接工艺对TA18钛合金焊接接头抗拉强度及屈服强度的影响不大。激光焊接工艺下，，焊接接头的延长率最高，，达到20.5％，，为母材的93％；；；直流TiG焊接工艺下的延长率最低，，为16.0％，，是母材的72％。这是由于激光焊接接头焊缝区和热影响区的宽度要显著小于TiG焊接，，在拉伸试样标距领域内母材的变形协调区间更大。

TA18钛合金焊接接头的弯曲机能如表4所示。

从表4可见，，激光焊接接头的弯曲角度普遍低于TiG焊接接头，，这是由于激光焊缝中的针状马氏体α′相较多，，造成焊接接头硬度增长。

3、结论

(1)与直流TiG焊接工艺相比，，脉冲TiG焊接工艺的电弧能量集中，，整体的焊接热输入减小，，焊缝熔宽降低；；；激光焊接工艺可显著降低焊接接头的宽度，，与直流TiG焊接工艺相比焊接接头宽度削减约69.5％。

(2)TA18钛合金激光焊接接头显微组织重要为原始β晶界隔开的针状马氏体α′相及少量的块状相变α相，，且网篮状分列的针状马氏体α′相占比最大，，组织最细。

(3)3种焊接工艺下拉伸试样的断裂地位均位于母材处，，其中，，激光焊接工艺下焊接接头的延长率最高，，为20.5％，，达到母材的93％。与TiG焊接接头相比，，激光焊接接头拥有更高的显微硬度，，但其弯曲机能相对较低。

参考文件

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