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钛合金以其优异的综合性能,成为应用到航空航天结构件的重要材料。本文对中厚板钛合金进行激光-MIG焊工艺进行研究,并通过对焊缝微观组织分析,探寻力学性能和组织存在的关系。首先对焊接过程熔滴过渡行为进行研究,研究结果表明激光功率增大,熔滴的过渡频率fD发生变化,熔滴与激光束的距离DL-D也随之改变。在3kW时fD趋于最大值,DL-D最小。随着光丝间距增大,过渡频率显著增加。MIG电弧的电流达到190A,过渡状态由大滴过渡转变为射滴过渡;电压对熔滴过渡起阻碍作用,当电压超过26V时,可能会导致熔滴无法正常过渡;保护气流量为18L/min时,熔滴过渡的轴向性和过渡稳定性最佳。通过试验发现坡口角度对打底焊的焊缝成形和抗拉强度有较大影响,当坡口角度为60°试件焊缝抗拉强度最大,坡口角度为90°时对应的熔深和熔宽最大。对15mm厚板采用双面焊接形式,在一面焊接两层后翻面焊接后两层的焊接顺序最佳。在大致相同的热输入量,焊接层数越多,熔宽和热影响区宽度越小。焊缝微观组织的特征:部分具有较大的纵横比、长而平直α′马氏体规则排列,呈集束形状,形成魏氏组织;另一部分尺寸较小、纵横比小的α′马氏体,相互交织,形成网篮状组织。微观精细组织的特征:α′马氏体的形态为粗大的板条状和细长的针状;在马氏体晶粒间,存在α-β组织,其组成为α+转变β+残余β;在马氏体晶内存在位错结构。接着对TC4钛合金激光-MIG焊接不同热输入条件下焊缝区的晶粒长大和组织转变进行了研究。结果表明,随焊接热输入的增大,α′马氏体平均厚度变大,α′板条马氏体的平均宽度由0.49um增长到0.82um,位错密度显著增加,α-β片层组织由条纹状变为连续状。最后对多层焊层间组织性能进行研究。层间重熔区的组织晶粒的生长方向相互交错,晶粒的尺寸也相对变小,而层间热影响区中α′+β片层的厚度变小。随着焊接层数的增加,焊缝经历的层间热循环和重熔次数增加,使其抗拉强度变大,抗冲击性降低,断裂形式由塑性断裂变为韧脆混合断裂。随着层间冷却时间的增加,β的相对含量变大,α-β组织厚度增大,α′板条马氏体的宽度小幅度变化。层间冷却时间为4min平均抗拉强度最低,延伸率最小,冲击韧性最差。