目前針對TC4钛合金,多采用氩弧焊或等離子弧焊進行焊接加工,但該兩種方法均需填充焊接材料,由于保護氣氛、純度及效果的限制,帶來接頭含氧量增加,強度下降,且焊後變形較大。采用電子束焊接和激光束焊接,以下針對TC4钛合金的焊接工藝,介紹該材料的精密焊接及注意事項。

1、焊縫氣孔傾向

焊縫中的氣孔是焊接钛合金最普遍的缺陷,存在于被焊金屬電弧區中的氫和氧是産生氣孔的主要原因。TC4钛合金電子束焊接,其焊縫中氣孔缺陷很少。爲此,着重就激光焊接焊縫中形成氣孔的工藝因素進行研究。由試驗結果可以看出,激光焊接時焊縫中的氣孔與焊縫線能量有較密切關系,若焊接線能量适中,焊縫内隻有極少量氣孔、甚至無氣孔,線能量過大或過小均會導緻焊縫中出現嚴重的氣孔缺陷。此外,焊縫中是否有氣孔缺陷還與焊件壁厚有一定關系,比較試樣試驗結果可看出,随着焊接壁厚的增加,焊縫中出現氣孔的概率增加。

2、焊縫内部質量

利用平闆對接試樣,采用電子束焊接和激光焊接來考察焊縫内部質量,經理化檢測,焊縫内部質量經X射線探傷,達GB3233-87 II級要求,焊縫表面和内部均無裂紋出現,焊縫外觀成型良好,色澤正常。

3、焊深及其波動情況

钛合金作爲工程構件使用,對焊深有一定要求,否則不能滿足構件強度要求；而且要實現精密焊接,必須對焊深波動加以控制。爲此,采用電子束焊接和激光焊接方法分别焊接了兩對對接試環,焊後對試環進行了縱向及橫向解剖,來考察焊深及焊深波動情況,結果表明,電子束焊接焊縫平均焊深可達2。70mm以上,焊深波動幅度爲-5。2~+6。0%,不超過±10%；激光焊接焊縫平均焊深約爲2。70mm,焊深波動幅度爲- 3。8~+5。9%,不超過±10%。

4、接頭變形分析

利用對接試環來考察接頭焊接變形,檢測了對接試環的徑向及軸向變形,結果表明,電子束焊接和激光焊接的變形都很小。電子束焊接的徑向收縮變形量爲f 0。05~f 0。09mm,軸向收縮量爲0。06~0。14mm；激光焊接的徑向收縮變形量爲f 0。03~f 0。10mm,軸向收縮變形量爲0。02~0。03mm。

5、焊縫組織分析

經理化檢測,焊縫組織爲a+b,組織形态爲柱狀晶+等軸晶,有少量的闆條馬氏體出現,晶粒度與基體接近,熱影響區較窄,組織形态和特征較爲理想。 經研究可得出：對于TC4钛合金,無論是激光焊接還是電子束焊接,隻要工藝參數匹配合理,均可使焊縫内部質量達到國标GB3233-87Ⅱ級焊縫要求,實現TC4钛合金的精密焊接；焊縫外觀成形良好,色澤正常；焊縫餘高很小,無咬邊、凹陷、表面裂紋等缺陷産生。