【摘 要】
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非晶合金有着许多晶态材料无法比拟的特殊性质。但非晶合金制造工艺复杂,成形困难,大体积复杂结构件的工程应用受到限制。而激光焊接是解决上述问题的有效途径。本文采用脉冲式Nd:YAG激光焊做为焊接热源,以β-Ti枝晶增韧非晶合金(以下简称MGC)与TC4钛合金薄板做为焊接母材,研究了激光脉冲宽度、激发电流等脉冲激光焊接参数对同种、异种母材焊接工艺和焊接接头特性的影响规律。重点考查了MGC-MGC对接焊和
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非晶合金有着许多晶态材料无法比拟的特殊性质。但非晶合金制造工艺复杂,成形困难,大体积复杂结构件的工程应用受到限制。而激光焊接是解决上述问题的有效途径。本文采用脉冲式Nd:YAG激光焊做为焊接热源,以β-Ti枝晶增韧非晶合金(以下简称MGC)与TC4钛合金薄板做为焊接母材,研究了激光脉冲宽度、激发电流等脉冲激光焊接参数对同种、异种母材焊接工艺和焊接接头特性的影响规律。重点考查了MGC-MGC对接焊和MGC-TC4对接焊过程中,不同焊接参数下焊缝熔合区(以下简称FZ)微观组织、晶化特性和焊接接头的力学性能,并揭示了影响规律。最后,总结分析了MGC-MGC和MGC-TC4两种接头中Ti元素的变化对接头特性的影响。具体内容和主要结论如下:(1)MGC-MGC的脉冲激光对接焊研究。研究了脉冲激光焊接参数对MGC-MGC对焊缝的微观组织、晶化特性和力学性能的影响规律。结果表明:在不同脉冲激光参数下,焊接接头无明显热影响区;由XRD分析结果可以看出,FZ微观组织为β-Ti枝晶相非均匀弥散于非晶基体;β-Ti相尺寸主要为纳米级,远小于MGC母材;Mo元素趋向于溶解到β-Ti相中形成固溶体;脉冲激光能量增大,晶粒形状逐渐由球形转变为树枝状,尺寸最大增长到1μm左右;受两相分布状态影响,FZ中β-Ti晶粒致密区显微硬度最低;拉伸试样在母材处发生断裂,接头抗拉强度不低于MGC母材(约1600MPa)。(2)MGC-TC4的脉冲激光对接焊研究。研究了异种合金(MGC与TC4钛合金)之间脉冲激光对接焊接性,以及焊接工艺参数对焊接接头微观组织、元素分布和力学性能的影响。结果表明:适当的热输入条件下可以得到良好成型的焊接接头。在FZ和母材间未见明显热影响区。XRD测试结果显示,FZ微观组织形貌仍由β-Ti枝晶相和非晶基体相组成。不同焊接参数下,β-Ti相晶粒直径约为0.3~0.8μm。焊接参数对FZ硬度影响不大,最高硬度可达到575HV。所有焊接参数下的拉伸试样均在TC4母材处发生断裂,表明接头抗拉强度不低于TC4钛合金母材(约940MPa)。(3)Ti元素对MGC-MGC与MGC-TC4对接焊接头的影响。与MGC-MGC对接焊接头相比,MGC-TC4接头FZ中Ti元素含量大幅提高。Ti元素含量直接影响到FZ中β-Ti树枝晶的形状、尺寸。MGC-TC4接头中β-Ti树枝晶数量增多,尺寸略有增大,树枝状发展明显。由于两种焊接接头FZ中β-Ti树枝晶分布的不均匀性,FZ硬度区域性变化较突出,而整体对比性不明显。拉伸测试结果表明,由于两类焊缝FZ均为非晶基体,整体拉伸强度较高,断裂均发生在母材上。
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