媒介

钛合金拥有比强度高、耐侵蚀、弹性模量低、热导率幼、屈强比高（成形回弹大）、无毒无磁性、耐热性好、抗低温脆性好、可焊性好、生物相容性好、表表活性大等个性而被宽泛利用于多个工业领域[1]。其中航空航天目前甚至今后依然是钛合金钻研和利用的主导领域，如发起机的叶片、机匣、机身的框梁、隔热罩、压气机盘、叶片、鼓筒、高压压气机转子等，并且使用量不休增长[2-3]。先进钛合金的大量使用是新一代飞机和新型发起机先进性的显著标志之一，可大幅度提高结构减沉成效和安全靠得住性。钛合金作为现代飞机的重要结构资料之一在航空航天领域中得到了急剧利用[4]。TC1钛合金含有α不变元素Al、β不变元素ＭN，是一种近α型钛合金，是我国自行研造的双相钛合金，拥有密度幼、比强度高、塑性良好、耐蚀性好蹬着点，在航空工业、宇航工业、化工工业、造船工业等方面日益获得宽泛的利用。很多科学工作者选取传统的焊接步骤对此类合金进行了钻研，对其焊接性有肯定的意识[5-6]。钛合金常用的焊接方式有：氩弧焊、激光焊、埋弧焊、真空电子束焊。其中氩弧焊是最常用的焊接步骤，3mm以下迪胙合金焊接重要选取非溶解极钨极氩弧焊（GTAW）[7]。GTAW拥有焊接热量集钟注焊接质量好、焊缝区无熔渣的特点，适 合焊接钛合金薄板及全地位管路焊接。钨极的载流能力低，焊接时不宜选取大电流[8]。由于钛合金的化学活性大，易被O₂，N₂，H₂所传染，在钨极氩弧焊中，钨极与焊缝之间的电弧区充斥惰性气体，能够有效地
；ず阜烀馐苎趸。随着焊枪的移动，袒露的焊缝区域没有齐全冷却，还会受到O₂，N₂，H₂的侵蚀，故必要带有惰性气体
；さ耐险纸斜
；つ芰Φ玫接胖屎阜靃9]。

1、试验资料和步骤

试验选取典型产品资料TC1作为基板，TC1资料化学成分见表1。其规格为300mm×100mm×1.2mm，接头大局为对接。由于钛合金基板表表的杂质和油污传染容易在焊缝中产生气孔和同化物，故必要在焊接前对板材进行算帐，首吓酌钢丝刷将对接区域15～20mm打磨算帐干净，以去除表表氧化膜、油污等杂质，使其表表呈银白色光泽为止，并选取丙酮擦拭焊接区域和焊丝。

钛合金的弹性模量约为钢的1/2，弹性模量较幼，易产生变形
；并且其热导率低，约为钢的1/4，在整个焊接过程中会由于热输入的分歧产生分歧水平的变形，出格是薄板在焊后会出现波浪形的扭曲变形[10]。此表钛合金冷变形后回弹能力强，焊接后的变形通过改过很难复原到原状态。所以通常选取焊前预变形、焊接过程中节造热输入及限度焊接变形来节造薄板钛合金的焊接变形。本试验重要从优化工艺参数和工装组件进行思考，通过焊前定位焊、双层钢板压紧钛合金基板约束板材变形、幼电流焊接参数来削减薄板钛合金的焊接变形。焊枪必要选择拥有优良的
；せ，喷嘴要大，
；て饕锌隙ǖ耐Χ，以获得优良的
；こ尚。

为了使TC1钛板背面得到更好的
；，在工装夹具下方固定铜管，铜管上密集散布均匀细孔，可保障板材背面焊缝均可能受到氩气
；。因焊接速度较快，焊接区域还未冷却就远离了焊枪
；，故造备了简易拖罩，以
；ひ押盖，氩气从管路进入拖罩，穿过拖罩前端多孔格栅，该多孔格栅能够平衡氩气，使氩气流动方式由层流变为紊流，使氩气流动速度变缓，可能充斥拖罩和焊缝之间的空间，焊接
；こ尚Ы虾。焊接示意图如图1所示。背面铜管和拖罩氩气流量均为10L/min。

钛合金拥有熔点高、导热机能差等特点，这种物理机能导致TC1钛板在焊接过程中焊缝和扰装响区极易出现晶粒粗壮、组织不均匀景象，导致塑性、韧性降低。因而在选择焊接参数时必须严格节造热输入的大幼，从选择相宜的焊接电流、氩气流量来节造TC1钛合金焊缝晶粒尺寸。在现有的工艺领域内，拔取分歧的焊接电流和氩气流量焊接TC1基板，焊丝选择TA0-1，焊丝化学成分见表2。焊接过程中持续使用氩气对焊缝正背面
；，焊接实现后氩气需持续
；ひ欢喂Ψ，直至焊缝冷却。焊接过程所拔取的焊接参数见表3。焊后焊件必须妥善保留，以免传染。

在垂直于焊缝处截取试样，造成金相试样，抛光后，将金相试样在侵蚀溶液中进行侵蚀，侵蚀液配比为φ（HＦ）:φ（HNO3）:φ（H2O）＝1:2:17。选取德国蔡司AｘｉOＳｃOｐｅA1金相显微镜观察焊接接头组织描摹。使用ＱNｅｓｓＱ10A型显微硬度计丈量焊接接头硬度散布，加载载荷为1.961N，加载功夫为15ｓ。在焊接接头上均匀截取3个拉伸试样，拉伸试样如图2所示，使用ＣＳＳ-44100微机节造电子全能试验机丈量抗拉强度和断后伸长率，拉伸速度为10mm/min。

2、试验了局及分析

钛合金不仅在溶解状态，即便在400℃以上的高温状态，也极易被空气、水分、油脂、氧化皮等传染，吸收O，N，H，Ｃ等元素，使得焊接接头的延性及韧性降落，并易引起气孔。焊接接头通常情况下呈银白色，当
；こ尚е鸩奖洳钍焙阜焐手鸩接梢咨湮郴粕蜕罨粕，最后当焊缝色彩转变为蓝色且表表表有白色粉末状氧化层时将严沉影响接头力学机能。

2.1微观组织分析

图3为分歧焊接电流下的焊接接头微观组织描摹。

从图3A，ｄ，G能够看到，在经历TＩG焊热循环之后，母材的等轴晶粒组织隐没，焊缝及扰装响区组织粗壮，晶粒粗壮严沉。在扰装响区，可能观察到显著的细晶区和粗晶区。其中细晶区重要是由母材α＋β双相组织在高温下转变为藐幼β相晶粒，在非平衡冷却前提下，β相晶粒直接转变为α′马氏体和部门残存β相[11]。粗晶区是由于靠近焊缝的部门晶粒在高温下持续功夫过长，β晶粒有足够的能量长大，冷却后不能实时转变为α晶粒，依然保留了粗壮晶粒，内部以α′马氏体和部门残存β相为主[12]。从图3中能够看出，随着焊接电流的增大，晶粒逐步粗壮，粗晶区占比增大，当焊接电流为50A时，焊接热输入过大，高温停顿功夫长，部门取向处于优势的晶粒异常长大，导致扰装响区的组织不均匀和焊接接头软化。此表由于高温停顿功夫过长造成焊缝冷却功夫不够，氩气无法
；ず阜煸斐珊阜旖哟タ掌，氧化变色。

图4为分歧氩气流量下的焊接接头微观组织描摹。

从图4中能够看出，当氩气流量达到15l/min时，
；こ尚Ы喜，这是由于焊枪氩气流量较大与拖罩氩气流量相差过大，在焊缝周围两路
；て宀鲎，气体流动极不不变，出现旋转气旋将大气卷入，粉碎氩气的
；し瘴，导致焊缝两侧产生轻微的氧化景象。氩气流量为6l/min和10l/min焊缝微观组织相差不大，其中扰装响区的晶粒粗壮严沉，粗晶区占比力大，焊缝区晶粒藐幼，重要为细晶区组成。

2.2力学机能分析

图5批注焊接接头均在TC1母材地位断裂，焊接接头的抗拉强度较高，并且焊缝的抗拉强度大于母材的抗拉强度。

图6所示为氩气流量为6l/min，焊接电流别离为40，45，50A时焊接接头的抗拉强度和断后伸长率。图6A批注随着焊接电流的增大，抗拉强度逐步减幼，当焊接电流为40A，抗拉强度最大，是369.9ＭＰA，这是由于当焊接电流增大时，热输入增长，相当于对钛合金板材进行热处置，钛合金板材出现肯定的软化，抗拉强度降低。图6ｂ批注随着电流的增大，断后伸长率呈先减幼后增大的趋向。

图7所示为焊接电流为45A，氩气流量别离为6，10，15l/min时，焊接接头的抗拉强度和断后伸长率。

图7A批注，氩气流量在6l/min和10l/min时抗拉强度变动不大，当氩气流量升高至15l/min时抗拉强度降落，重要是由于焊枪氩气流量较大与拖罩氩气流量相差过大，在焊缝周围
；て宀鲎，气体流动产生错乱，将大气卷入
；た掌，导致焊缝两侧产生轻微的氧化景象，造成抗拉强度降低。图7ｂ批注，随着氩气流量的增大，断后伸长率根基不变在11.24％左右。

图8批注焊缝中心左近0.5mm区域硬度较幼，到双方扰装响区逐步增大，在扰装响区熔合线左近达到最高，而后再逐步降低。扰装响区左近硬度显著高于母材硬度及焊缝中心区域硬度，在近焊缝中心区域出现软化，软化区左近根基以β转变的α′相为主，随着距焊缝中心距离的增长，α′相逐步减幼，而β相含量逐步增长，硬度也随之增长，直到扰装响区出现最大值。

3、结论

（1）当氩气流量不变为6l/min时，随着焊接电流增大，抗拉强度逐步减幼，断后伸长率先减幼后增大。当焊接电流为40A时，其晶粒藐幼，组织均匀，抗拉强度为369.9ＭＰA，断后伸长率为14.05％。焊接接头扰装响区由粗晶区和细晶区组成，焊缝区重要由藐幼β相晶粒组成。该焊接接头成形良好，表形美观，力学机能较好。

（2）当焊接电流不变为45A时，焊接接头抗拉强度随氩气流量升高而降低，断后伸长率根基不变在11.24％左右。当氩气流量为6l/min时，抗拉强度为364.23ＭＰA。

（3）分歧焊接参数的焊接接头硬度散布趋向大体一样，在焊缝中心左近0.5mm区域硬度较幼，其为210HＶ左右，远离焊缝中心到双方扰装响区逐步增大，在扰装响区熔合线左近硬度达到最高，而后随着距母材越近，硬度值逐步降低。

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作者简介：晏杰（1994—），男，硕士，助理工程师，重要从事熔焊、激光焊、高频感应钎焊工作．