鈦合金激光焊接主要缺陷

激光焊接具有能量集中、焊縫成形好、熱影響區(qū)小、操作簡單的優(yōu)勢，適合焊接各種厚度的材料，在飛機(jī)的鈦合金零件的焊接中得到廣泛的應(yīng)用。象美軍的四代機(jī)F22使用TC4鈦合金的比例超過結(jié)構(gòu)質(zhì)量的41%,使得鈦合金材料成為航空結(jié)構(gòu)的主體材料之一。那么激光焊接鈦合金容易產(chǎn)生哪些缺陷呢？

氣孔

氣孔是鈦合金激光焊接時(shí)最常見、危害性最 大的一種缺陷，它容易引起應(yīng)力集中，從而降低了焊縫的綜合性能。在焊接過程作中，熔池上部特體金屬對(duì)流最為劇烈，保護(hù)氣體可能被卷入熔池，由于熔池內(nèi)部的溫度梯度極大，焊接熔池快速凝固后，被卷入熔池的保護(hù)氣體來不及逸出，從而在熔池底部形成氣孔。此外，焊接熔池的快速凝固也可能使熔池中的光致等離子體沒有充足的時(shí)間逸出熔池，它與熔池內(nèi)液態(tài)金屬同時(shí)凝固，最終在焊縫內(nèi)部形成真空的氣孔。

裂紋

鈦合金激光焊接時(shí)極易吸收周圍空氣中的氮?dú)狻⒀鯕?、氫氣，并與之發(fā)生反應(yīng)形成間隙固溶體，這就阻礙了晶界間位錯(cuò)的移動(dòng)，明顯提高了焊縫的硬度，但其塑性會(huì)變差，導(dǎo)致整個(gè)焊接接頭脆化。

氫氣是引起焊縫及周圍高溫區(qū)域冷卻后產(chǎn)生焊接裂紋的主要原因。氫氣在鈦合金中的作用是擴(kuò)大β相相區(qū)，使β相的轉(zhuǎn)變溫度降低，并強(qiáng)化β相。但氫氣對(duì)焊縫綜合性能的影響具體表現(xiàn)為熱影響區(qū)產(chǎn)生延遲裂紋。實(shí)際上熱影響區(qū)的含氫量遠(yuǎn)高于熔合區(qū)，這是因?yàn)闅錃怆S著熔池內(nèi)熔融金屬的對(duì)流運(yùn)動(dòng)而被帶入激冷層附近，這樣冷卻后熱影響區(qū)就會(huì)析出大量的TiH2,導(dǎo)致熱影響區(qū)的脆性增加。另外，鈦合金熱導(dǎo)率較低，焊接熔池又不斷地把熱量以熱傳導(dǎo)的方式傳給熱影響區(qū)，使得熱影響區(qū)始終保持較高溫度，這樣析出的氫化物體積迅速膨脹，從而引起較大的局部應(yīng)力，當(dāng)局部應(yīng)力超過材料的屈服極限時(shí)就會(huì)產(chǎn)生裂紋。

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