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钛合金线性摩擦焊工艺试验及焊接精度研究
摘要
本文通过实验研究了钛合金线性摩擦焊的工艺参数对焊接接头组织和性能的影响。实验结果表明，焊接参数和压力是影响焊接接头质量的关键因素，适当调整焊接参数和压力可有效提高焊接接头的强度和塑性，减小焊接变形和裂纹的发生。另外，测量了焊接接头的尺寸精度和几何形状精度，并探讨了影响焊接精度的因素。结果表明，线性摩擦焊可实现高精度的焊接接头，但是焊件的形变和接触面的表面质量对焊接精度具有重要影响。
关键词：钛合金；线性摩擦焊；焊接参数；焊接接头质量；焊接精度
Abstract
Thispaperstudiestheeffectofprocessparametersonthemicrostructureandpropertiesoftitaniumalloylinearfrictionwelds.Theexperimentalresultsshowthatweldingparametersandpressurearethekeyfactorsaffectingthequalityoftheweldjoint.Appropriateadjustmentofweldingparametersandpressurecaneffectivelyimprovethestrengthandductilityoftheweldedjoint,andreducetheoccurrenceofweldingdeformationandcracking.Inaddition,thedimensionalaccuracyandgeometricshapeaccuracyoftheweldedjointweremeasured,andfactorsaffectingtheweldingaccuracywerediscussed.Theresultsshowthatlinearfrictionweldingcanachievehigh-precisionweldedjoints,butthedeformationoftheworkpieceandthesurfacequalityofthecontactsurfacehaveanimportanteffectontheweldingaccuracy.
Keywords:Titaniumalloy;Linearfrictionwelding;Weldingparameters;Weldjointquality;Weldingaccuracy
引言
钛合金具有优异的力学性能和化学稳定性，在航空、航天和汽车等领域得到了广泛应用。钛合金焊接是钛合金制造过程中的关键技术之一，常用的焊接方法包括钨极惰性气体保护焊、等离子弧焊、激光焊等。然而，这些焊接方法存在着各种问题，如焊接热输入过大、焊缝质量难以保证、环境污染等，限制了钛合金材料的使用范围。
线性摩擦焊作为一种新兴的焊接方法，在钛合金焊接领域具有广阔的应用前景。线性摩擦焊具有焊接过程中热输入小、焊接接头质量高、能耗低等优点，同时可实现对焊件的高精度加工。因此，钛合金线性摩擦焊的工艺参数研究和焊接精度分析具有重要意义。
本文通过实验研究钛合金线性摩擦焊的工艺参数对焊接接头组织和性能的影响，并分析了焊接精度的影响因素。希望对钛合金线性摩擦焊的应用和推广起到一定的参考价值。
1实验方法
1.1实验材料
本实验使用的钛合金样品为TA2，其化学成分如表1所示。样品宽度为10mm，厚度为2mm，长度为100mm。
表1钛合金TA2化学成分
元素成分（质量分数，%）
Ti99.5
Fe0.3
O0.25
C0.05
N0.03
1.2实验设备
本实验使用的线性摩擦焊设备如图1所示。设备主要由电机、升降系统、压头、测温系统等组成。
图1线性摩擦焊设备
1.3实验步骤
1.3.1实验参数设置
本实验采用单肩式线性摩擦焊，主要焊接参数包括摩擦时间、焊接速度、轴向压力等，实验参数设置如表2所示。
表2焊接参数设置
参数设置
摩擦时间3s
焊接速度12mm/s
轴向压力20KN
1.3.2实验样品制备
钛合金样品切割成宽度为10mm，长度为100mm的矩形坯料。将两个坯料朝向相反，分别固定在夹具上。在夹具上添加钨合金圆柱块，将压头下降，压头与样品接触，进入压紧状态。
1.3.3实验焊接和热处理
按照实验参数设置，在夹具下降的同时，电机启动，轴向压力持续施加。摩擦时间结束后，夹具停止下降，采用冷却水对样品进行瞬间冷却，制成焊接接头。随后，将焊接接头进行热处理，以提高焊接接头的机械性能。
1.4实验结果分析
1.4.1焊接接头组织和性能分析
图2为焊接接头的显微组织结构，从中可以看出，焊缝周围出现了较明显的变形区，变形区内部的晶粒呈现出绕晶组织，晶粒尺寸有变小的