【摘 要】
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TC4钛合金作为α+β型双相钛合金的代表,具有高比强度、耐高温、优良的抗腐蚀性能,被广泛用于航空航天、船舶海洋及核电化工等领域,所以TC4钛合金的焊接也倍受关注。与其它焊接方法相比,活性激光焊具有能量集中、焊缝成形良好、焊接变形小、生产效率高等优点。然而该技术对于大厚件TC4存在焊接功率的限制、焊缝熔深不足、增加熔深机理不明确、活性剂成分保密,因此,研究活性剂对焊接效率和焊接质量的影响、探讨活性剂
【基金项目】
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国家自然科学基金（51165027）；
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TC4钛合金作为α+β型双相钛合金的代表,具有高比强度、耐高温、优良的抗腐蚀性能,被广泛用于航空航天、船舶海洋及核电化工等领域,所以TC4钛合金的焊接也倍受关注。与其它焊接方法相比,活性激光焊具有能量集中、焊缝成形良好、焊接变形小、生产效率高等优点。然而该技术对于大厚件TC4存在焊接功率的限制、焊缝熔深不足、增加熔深机理不明确、活性剂成分保密,因此,研究活性剂对焊接效率和焊接质量的影响、探讨活性剂增加熔深机理、研制活性剂的配方,不仅具有重要学术意义,而且为TC4钛合金活性激光焊技术的应用提供指导。本文针对5mm厚TC4钛合金,研究六种单一活性剂对TC4钛合金焊缝成形、焊缝组织以及力学性能影响。通过对焊缝组织能谱（EDS）分析,且结合采集的光致等离子体图像,在研究单一活性剂增加熔深机理的基础上,再探讨复合活性剂TC4钛合金激光焊焊接工艺及组织性能的影响,试验结果如下:在相同焊接工艺下,涂覆单一活性剂,除SiO2外,Na2Si F6、Na F、TiO2、Yb F3、Y2O3能获得良好焊缝成形、焊缝组织以及力学性能,其中Na2Si F6、Y2O3、TiO2的综合作用较为显著。涂覆不同活性剂焊接后,相应在焊缝中发现Yb和Y活性剂元素,未发现其它元素。结合采集的光致等离子图像分析:TiO2、SiO2增加熔深是通过影响焊件表面状态,Na2Si F6、Na F增加熔深是抑制光致等离子,Yb F3、Y2O3增加熔深是抑制光致等离子和改变熔池流动共同作用的结果。以焊缝熔深和成形系数为指标,借助方差分析和响应面优化法的数学模型,得到优化的复合活性剂Ⅰ（40%Na2Si F6+40%Y2O3+20%TiO2）、Ⅱ（40%Na2Si F6+20%Y2O3+40%TiO2）的配方。在激光功率为2900W、3000W、3100W焊接参数下,复合活性Ⅰ和Ⅱ获得良好的焊缝成形。复合活性剂Ⅰ焊缝熔深为3.93～4.29mm、成形系数为0.500～0.536,复合活性剂Ⅱ焊缝熔深3.93～4.25mm、成形系数为0.516～0.524,而普通激光焊焊缝熔深为2.79～2.96mm,成形系数为0.846～0.953。涂覆复合活性剂能显著细化焊缝粗大的β柱状晶,使接头抗拉强度比未涂覆活性剂提高5.52%。复合活性剂改变焊缝β柱状晶的结晶方向、减小热影响区宽度,改善焊接接头的安全可靠性。
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