TC4钛合金薄板T型接头激光焊接工艺研究.pdf

制造技术研究航天制造技术

制造技术研究

TC4钛合金薄板T型接头激光焊接工艺研究

孙燕洁徐艳利李瑞
（北京新风机械厂，北京100854）

摘要：通过对TC4板材进行两种T型接头的激光焊接试验，分析了酸洗、焊接环境
及焊后修复对钛合金激光焊接接头质量的影响，实验结果表明，钛合金激光焊具有较强的
气孔倾向，酸洗及焊后重熔并未明显改善接头气孔的情况，但气孔数量对湿度的变化较为
敏感。不同焊接试验的结果统计表明，虽然接头存在大量气孔，但只有位于上下两侧板材
的贴合面处的这一小部分气孔才会造成受力面积的减小，因此接头整体仍具有较高的抗剪
力。
关键词：激光焊；钛合金；T型接头；抗剪力

LaserWeldingforT-jointsofTC4TitaniumAlloySheets

SunYanjieXuYanliLiRui
（BeijingXinfengMachineryFactory,Beijing100854）

Abstract：TwokindsofT-jointswereinvestigatedtolearnthelaserweldingtechniquewithTC4titaniumalloy
sheets.Effectsofacidwash,weldingenvironmentandpost-weldreparationtothequalityoftheweldbeadwere
studied.Experimentalresultsshowthatporositiesarethemaindefectinthetitaniumweldjointwithlaserwelding.
Porositiesareverysensitivetothehumidityoftheenvironment,whileacidwashandre-weldedcannotreducethe
numberofporositieseffectively.Althoughtherearesomanyporositiesintheweldbead,statisticsofexperimental
resultsshowthattheshearingforceoftheweldjointisveryhigh.Thisprovedthatnotallporositiescanreducethe
areaoftheshearingforceworkingon,butporositiesonthesurfacebetweenupsideplateandundersideplateofthe
T-jointhavethiseffect.Thus,theintergraljointstillhashighshearingresistance.
Keywords：laserwelding；titaniumalloy；T-joint；shearingresistance

1引言得高强度钛合金焊接接头的首选[4]。而由于不受真
空室的空间限制，且随着光纤传输的固体激光器和
钛合金具有优越的比强度、塑性和韧性，是追光纤激光器发展，激光焊在加工柔性和生产成本上
求结构轻质，且服役条件恶劣的航空航天重要件、较电子束焊接有明显的优势[5]。
关键件的首选材料。钛合金在高温下具有极强的晶激光焊具有热输入低、速度快、能量集中[6]、
粒长大倾向，采用传统的焊接方法，焊接热影响区便于保护等诸多优势，是近十年发展最快的焊接方
和焊缝内部晶粒粗化现象严重，进而影响接头尤其法之一，特别是大功率激光器的面世，大大推动了
是热影响区的塑性韧性[1～3]。因此能量密度高、热激光焊接的发展。近年来航天构件不断追求轻质高
输入低的激光焊、电子束焊等高能束焊接方法是获强，使得激光焊接在航天领域的需求更为迫切。然

作者简介：孙燕洁（1968-），高级工程师，焊接专业；研究方向：焊接工艺技术。
基金项目：航天二院质量与技术基础资助项目（E08D002）。
收稿日期：2010-03-26
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制造技术研究2010年8月第4期

而，作为一种新兴的焊接方法，激光焊接缺乏针对根据航天某部件典型接头及其受力方式，设计
钛合金相关的焊接标准及质量判定依据，尤其是缺了试片及力学实验方法。该结构两种主要接头形式
乏航空航天领域的相关标准，在一定程度上限制了见图1，图1a的接头为两板对接，底部有垫板，本
该方法在航空航天领域的推广。文简称为T型对接接头；图1b为上侧板材与下侧
为了满足轻质高强的要求，航天某部件采用骨板垫板穿透焊接的接头，本文简称为T型穿透接头。
架蒙皮焊接结构代替全实体结构，大大降低了部件该部件工作中的两种接头主要受剪切力，图1所示
的重量，但也对该部件的焊缝质量提出了较高的要的贴合面部