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、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，推动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保；；，其中钨极保；；づ缱炱辶髁课8L/min，焊接拖罩气体流量为10L/min，背面保；；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9.8Ｎ，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晶粒？＜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。。

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