TC4钛合金厚板电子束焊缝成形与微气孔无损检测

作     者：温锦志 

作者单位：南昌航空大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李建萍

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：钛合金厚板 电子束焊 焊缝成形 微气孔 无损检测 

摘      要：本文以30mm厚的TC4钛合金板材为研究对象,采用真空电子束焊接方法,研究了工艺参数对焊缝形貌的影响规律;并通过X射线检测和超声水浸聚焦检测方法对焊缝中的微气孔进行了无损检测,分析了不同类型焊缝中微气孔的分布特征,探讨了焊缝中微气孔的形成机理。研究结果表明:电子束流和焊接速度是影响焊缝熔深和熔宽的主要因素,对焊缝形貌并无太大影响,不同参数下获得的均是同一类型焊缝,随着电子束流的增加,焊缝熔深和熔宽增加,但是当电子束流小于一定值时,熔深增加不明显,主要是上熔宽增加,随着焊接速度增加,电子束停留在工件上的时间缩短,线能量减小,焊缝熔宽和熔深均减小,当速度达到一定值时,焊缝由焊透状态转变为未焊透;而工作距离对焊缝形状的影响与电子束流和焊接速度的影响不同,不同工作距离下获得的焊缝形状可以分为钟罩形、钉形、漏斗形和楔形四种。工艺参数对焊缝微观组织形貌影响不大,TC4钛合金电子束焊缝区由粗大的β柱状晶组成,焊缝上部的柱状晶最为粗大,其生长方向为沿着焊缝中心线在两侧分别向焊缝上部生长,从焊缝上部到下部,柱状晶尺寸逐渐减小,而且生长方向变为向焊缝中心线对接垂直生长,在快速冷却条件下,β柱状晶内形成α’针状马氏体,马氏体针长度从焊缝上部到下部逐渐减小,焊缝热影响区组织则为(α+β+α’)。TC4钛合金电子束焊缝无损检测结果表明,在本试验中,X射线不能很好的检测出厚板电子束焊缝中的微气孔,超声水浸聚焦检测方法检测效果较好;四种不同类型焊缝中微气孔数量不同,气孔率最小的是楔形焊缝,气孔率为1.89%,而气孔率最大的是钉形焊缝,其气孔率达到了20.15%。金相结果验证表明,电子束焊缝中的微气孔分为两类:一种是内壁光滑、呈圆形或椭圆形的氢气孔,另一种是内壁粗糙、形状不规则的工艺气孔;氢气孔形成的原因是材料表面的水分、油脂和氧化物等在焊接过程中分解产生的氢,以及氢在钛合金中的溶解度变化导致气泡的产生,未能来得及逸出滞留在焊缝中形成的;而工艺气孔主要是由于匙孔不稳定造成,匙孔底部受到金属蒸气的冲击导致坍塌,卷入金属蒸气滞留在焊缝中形成的;气孔主要存在于焊缝的上部,其对焊缝力学性能产生不利影响,削弱焊缝抗拉强度。