钛及钛合金由于密度小、比强度高、耐腐蚀、耐高温、无磁、无毒、生物相容性好、导热系数小、抗阻尼性能强、良好的加工性等一系列优异的特性，在航空工业、航天工业、现代船体结构、海洋工程、武器工业、机器制造业、交通运输业、化学工业、能源工业、冶金工业、造纸工业、食品工业、医疗保健和体育器械等军用及民用领域发展非常快，应用越来越广泛。钛合金焊接技术也随之受到关注。 与钛合金传统焊接技术相比，窄间隙惰性气体保护焊接具有以下诸多技术与经济的优越性：①焊缝截面积大幅度减小（见图1.4一般双V型坡口与窄间隙坡口的断面对比），节约焊接材料与电能，在大幅度提高焊接生产率的同时，降低了焊接生产成本。②焊道的减少，热输入的减少，使得接头的残余应力、残余变形减小。③深而窄的坡口侧壁有利于焊接区的冶金保护，焊缝金属的冶金纯净度更高。④较高的熔池冷却速度，相对较小的焊接线能量，使焊缝组织相对细小，且焊接热影响区较窄，塑、韧性损失也大大减少，缺口韧性相对提高。 本论文试验选用不同低强度级别的焊丝，采用窄间隙的方法焊接不同厚度的高强度级别的Ti6Al4V厚板，通过调整工艺参数及焊缝间隙大小，使焊接接头产生“啮合效应”，从而在保证焊接接头具有良好塑性的条件下使接头的强度与母材相当。 对Ti6Al4V合金的窄间隙半自动TIG焊进行了焊接工艺研究，包括坡口的制备、焊件的装配以及窄间隙对接工艺等。试验中分别采用三种低强度级别焊丝（TA2焊丝、2B焊丝和BT6cb焊丝）对33mm、44mm、66mm不同厚度的Ti6Al4V合金板材进行了窄间隙焊接，为获得较大的强度和较好的强韧配比，具体工艺条件下，每对板材的对接间隙采用最小化的原则，实际为8.5±0.5mm。 对焊接接头进行了金相试验，发现焊缝组织为典型的针状马氏体α′组织，组织较为细小，性能较好。相对较小的焊接线能量、较高的冷却速度和窄间隙对接条件下，焊缝区域多为针状马氏体组织，晶粒相对细小，焊接热影响区相对其他对接方式较窄,提高了焊接接头的性能。 对5组焊接接头的熔合比进行了研究并进行了能谱试验，考察了焊接接头合金元素在高温下的扩散现象，表明合金元素向焊缝中心的过渡对于焊接接头拉伸力学性能的提高有很大的影响。焊缝金属是由焊丝和少部分的母材共同熔合而成，由于高温条件下元素的活性，使得焊缝合金成分介于母材和焊丝熔敷金属之间，母材合金元素向焊缝中心方向的熔入对焊缝强度的提高有一定贡献。 焊接接头的拉伸力学性能试验结果表明：在窄间隙条件下，采用低强度级别的TA2焊丝、2B焊丝和BT6cb焊丝焊接后，接头的各项机械性能均优于单纯的熔敷金属的性能。这是由于在较小的相对厚度条件下，焊缝软金属的变形被周围较高强度基体金属包围而受到限制，即三向应力的作用。在拉伸载荷作用下，接头区晶粒发生变形，被拉长的同时发生相互勾嵌现象，产生了典型的啮合效应，这对强度的提高也有一定的影响。 对拉断的试样进行断口分析，观察了在拉断过程中断口及热影响区附近的晶粒变形情况，证实了啮合效应的存在。同时借助SEM观察了断口的微区形貌，研究了不同匹配的钛合金接头的主要断裂机制。从断口分析得出的结论看来，断口处晶粒在拉伸过程中被拉长，同时在载荷作用下焊缝晶粒发生相互勾嵌，即所谓啮合效应。拉断过程中，不是单一的断裂机制在起作用，韧性断裂机制占据主导作用，随着焊丝强度的提高，接头呈现塑性断裂的倾向下降。一般而言，接头中部的强度比表层的强度略高，表层颈缩现象较中层明显。 对各个接头的显微硬度作了考察，从得到的数据分析了硬度从母材区域到焊缝中心的区域逐渐变化的趋势，为考察不同区域的综合性能提供了参考。在窄间隙条件下，焊接接头的综合机械性能同相对应焊丝熔敷金属综合机械性能相比普遍有所提高。对接板材的相对厚度以及焊接过程中发生的晶粒、组织的变化对整个接头的力学性能的提高起着不可忽视的作用。 本论文按照这样的思路，考察间隙与厚度的比值对接头强度的影响，以及合金元素向焊缝中心区的过渡对接头性能的影响、分析接头的组织形貌和拉伸性能，对厚度较大的Ti6Al4V钛合金板焊接工艺进行一系列探索,可为其他类型钛合金的焊接提供理论指导，并且可为超细晶粒钢或其他有色金属材料的厚板焊接工艺提供参考。