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TC4钛合金薄板T型接头激光焊接工艺研究
TC4钛合金薄板T型接头激光焊接工艺研究
摘要：
钛合金具有高强度、低密度、优良的耐腐蚀性及高温强度等优点，因此在航空航天、医疗、造船等领域得到广泛应用。而在钛合金加工领域，激光焊接因为具有焊接速度快、热影响区小、接头形状灵活等优点而备受关注。针对TC4钛合金薄板T型接头的焊接问题，本文研究了激光焊接的工艺参数对接头微观组织和力学性能的影响。研究结果表明，通过适当的激光功率、焊速和焊接距离等工艺优化，可以获得结晶细小、连续性好、硬度和强度较高的焊接接头。
关键词：钛合金；激光焊接；T型接头；工艺参数；微观组织；力学性能
一、引言
钛合金是一种具有高强度、低密度、耐腐蚀、高温强度等优点的金属材料，广泛应用于航空航天、医疗、造船等领域。其中TC4钛合金是一种常用的材料，具有良好的机械性能和耐腐蚀性能，是航空航天领域中常见的结构材料。
激光焊接因为具有热影响区小、焊接速度快、接头形状灵活等优点，成为了钛合金加工领域中的热点技术。然而，激光焊接过程中会产生大量的热量，在焊接接头处易引起裂纹、变形等缺陷，因此需要对激光焊接的工艺参数进行控制和优化，以获得良好的焊接质量。
本文主要研究了TC4钛合金薄板T型接头的激光焊接工艺参数对接头微观组织和力学性能的影响，为钛合金的激光焊接加工提供一定的参考。
二、实验方法
1.实验材料
实验采用的材料为TC4钛合金薄板，其化学成分为Ti-6Al-4V。薄板厚度为1mm，切割成2cm×4cm的试验片。
2.实验装置
实验采用的激光焊接设备为铝离子激光器，波长为1064nm，最大输出功率为200W。焊接装置采用二维台式激光焊接系统，焊头采用透镜形式，内直径为80μm。
3.实验工艺参数
本实验采用的工艺参数如下表所示：
表1实验工艺参数
工艺参数值
激光功率150-180W
焊速30-60cm/min
焊缝厚度0.2-0.3mm
焊接距离0.5-2mm
4.实验方法
将两张试验片按照T型接头的要求焊接成接头，利用金相显微镜观察接头微观组织，并进行硬度测试和拉伸试验。
三、实验结果与分析
1.微观结构分析
通过金相显微镜观察焊接接头的微观结构，可以发现接头区域存在着变形和热影响区两个部分。其中变形区的组织为珠状晶粒，而热影响区的组织为等轴晶。焊接接头的组织结构随着激光功率的增加而逐渐变得致密。
2.硬度测试
通过硬度测试，可以发现接头区域的硬度随着激光功率的增加而增大。当激光功率为180W时，接头区域的硬度最大，为420HV。
3.拉伸试验
通过拉伸试验，可以得出焊接接头的强度和延伸率。实验结果表明，焊接接头的强度和延伸率均随着激光功率的增加而增大。当激光功率为180W时，焊接接头的强度最大，达到473MPa；延伸率为7.5%。
四、结论
通过对TC4钛合金薄板T型接头的激光焊接工艺参数进行研究，可以得出以下结论：
1.通过适当的激光功率、焊速和焊接距离等工艺参数优化，可以获得结晶细小、连续性好的焊接接头。
2.焊接接头区域的硬度和强度均随着激光功率的增加而增大，且当激光功率为180W时，接头区域的硬度和强度最大。
3.激光焊接过程中产生的热影响对焊接接头的延伸率产生了一定的影响，接头区域的延伸率随着激光功率的增加而减小。
参考文献：
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