TA2是商业纯钛中应用最广泛的一种,由于其具有优异的比强度和耐蚀性,特别是对氯离子具有较强的耐蚀性。因此,使用工业纯钛TA2作为设备制造的原材料,不仅可以延长设备寿命还能降低维护成本。TA2的焊接可采用钨极氩弧焊、电子束焊、激光焊等,由于激光焊接具有能量集中、焊缝成形好、接头变形小、生产效率高等显著优势,激光焊接技术必将成为钛及钛合金焊接研究的主导方向。本文以2 mm和4.2 mm厚的工业纯钛TA2为研究对象,采用光纤激光自熔焊与光纤激光-MIG复合焊方法,设计制作了适用于钛及钛合金激光焊接的正面和背面保护装置及夹具,保护效果良好。对2mmTA2激光自熔焊中气孔的特征及形成机理进行研究。对4.2 mmTA2分别进行激光自熔焊与激光-MIG复合焊工艺研究,获得了成形良好的焊接接头,利用OM、XRD、EBSD等分析手段对两种焊接接头的微观组织、织构及力学性能进行了系统地分析和对比研究,对其各区域微观结构与力学性能相互关系进行了讨论与分析。2mm TA2激光自熔焊中气孔形成机理研究结果表明:激光焊接过程中产生两种气孔:一种是氢气孔,尺寸小,内壁较光滑,为H聚集形成的气泡来不及逸出熔池形成的气孔;另一种是工艺型气孔,尺寸较大,其形状不规则,为匙孔失稳卷入空气或保护气而形成的体积较大气孔。采用激光自熔焊对4.2 mm TA2堆焊试验结果表明:随着离焦量增大,下熔宽减小,上熔宽、熔深略有减小;随着激光功率增加,上熔宽、下熔宽、熔深均呈不同程度上升;随着焊接速度增加,上熔宽、下熔宽均大幅度减小。采用激光-MIG复合焊对4.2 mm TA2堆焊试验结果表明:当激光导前,焊后保护罩停留时间为90s时,焊缝成形好,颜色呈银白色;随着离焦量增大,焊缝上熔宽呈微小上升趋势,下熔宽、熔深呈不同程度下降趋势;光丝间距对焊缝成形的影响较小;随着焊接速度增加,上熔宽、下熔宽,熔深呈现不同程度的减小趋势;随激光功率增加,上熔宽、下熔宽及熔深逐渐增加,基本都呈线性比例关系;随电弧电流增加,上熔宽、熔深先增加后减小,下熔宽逐渐增加。试验结果还表明:相比于母材区的均一等轴α晶粒,激光自熔焊接头与复合焊接头的焊缝区与热影响区的晶粒变得更加粗大,均存在柱状α晶粒、不规则的锯齿状α晶粒以及少量的针状α晶粒、α孪晶等组织,但激光自熔焊接头的焊缝区织构特征不明显,而复合焊接头焊缝区有很强的织构倾向;两种焊接接头随着离焊缝中心距离越远,各区域晶粒直径越小,而热影响区的平均长径比较小;复合焊接头焊缝区及热影响区晶粒直径明显高于激光自熔焊接头,其孪晶数量也较多;在柱面滑移系上,激光自熔焊与复合焊其他区域的施密特因子均小于母材区的施密特因子,由施密特定律可知,施密特因子越大越先开动,越容易发生滑动。两种焊接接头的焊缝区均存在{11-22}压缩孪晶和{10-12}拉伸孪晶两种孪晶,孪晶的生成会使母材织构发生变化,引起加工硬化。复合焊接头的焊缝区与热影响区的显微硬度均明显高于母材区,焊缝区的显微硬度与热影响区基本持平,而激光自熔焊接头的焊缝区到母材区的显微硬度有降低趋势,焊缝区由上部到下部也有降低趋势;两种焊接接头拉伸的断裂位置均处于母材,但延伸率低于母材。