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TA15钛合金为近α型钛合金,可用来制造飞机隔框、壁板等工作温度较高、受力较复杂的重要结构零件。电子束焊接技术被誉为二十一世纪的高能束流加工技术,由于生产效率相对弧焊提高几十倍,并且可以为对气体敏感的钛合金提供真空保护环境,而成为大厚度钛合金框梁结构制造的一种理想选择。然而,钛合金的电子束焊接构件疲劳性能的分散性制约着电子束焊接技术在飞行器大厚度框梁制造中的应用,研究一种改善钛合金电子束焊接接头疲劳性能分散性的方法已成为工程师迫在眉睫的重要问题。本文研究中,在TA15钛合金电子束焊对接接头中嵌入纯钛TA1金属薄片,通过改变焊缝的熔宽来调控焊缝内的母材与嵌入材料的比例,以此实现对焊缝内合金成分含量的控制;通过试验分析焊缝合金成分含量变化对焊接接头力学性能的影响,特别是对电子束焊接接头疲劳性能分散性的所产生的作用。试验中进行了均匀焊缝(熔合线近似平行)的电子束焊接工艺的研究,获得了一系列均匀焊缝的焊接工艺方法。采用能量色散谱(EDS)对焊接接头及焊缝内元素分布特征的观察和分析,证明选用适当的焊接工艺参数可以实现合金元素均匀分布,同时控制焊缝的熔合比可以实现对焊缝内合金元素含量的有效调控。光学显微镜的观察发现,TA15钛合金电子束焊缝组织呈网篮状特征,焊缝内合金元素含量的降低使组织更加细密。力学性能试验结果显示,填充纯钛后的电子束焊缝显微硬度值下降了23%～30%,冲击韧性可以提高66.2%,而接头的强度和塑性基本保持不变;高周疲劳寿命结果显示,在相同的焊接工艺下,中值疲劳寿命降低了15.7%,而寿命的标准偏差从0.555降低到0.298,寿命分散性降低了46.3%。可见,降低TA15钛合金电子束焊缝内合金元素含量可以作为降低焊缝硬度和提高焊缝韧性的有效方法,在改善焊接接头疲劳寿命的分散性方面也具有积极的影响作用。