碳纳米管对TC4钛合金激光焊焊缝成形和组织的影响

发布时间：2021-10-09 05:59

　　选取羟基化多壁碳纳米管作为表面活性剂对TC4钛合金进行活性CO2激光焊接,焊后测量并计算了焊缝的熔深、熔宽及深宽比,观察分析了焊缝显微组织,测定了接头硬度和焊缝的物相组成。结果表明:TC4钛合金表面涂覆质量分数为4%的碳纳米管溶液,形成的涂覆层均匀致密;在给定焊接参数条件下,该涂覆层可使焊缝熔深增加约6%,熔宽降低约4%,深宽比增加约10%;涂覆碳纳米管可以增加激光吸收率,使得焊缝温度升高、冷却速率增大,因而涂覆碳纳米管的焊缝β晶粒较细,晶内的α’相较未涂覆碳纳米管的短小;碳纳米管对焊缝硬度和焊缝的物相组成无明显影响。 

【文章来源】：钛工业进展. 2020,37(04)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

TC4钛合金表面不同质量分数碳纳米管涂覆层的宏观形貌

碳纳米管涂覆层的微观形貌

在给定的焊接参数下对未涂覆碳纳米管和涂覆碳纳米管的TC4钛合金试板分别施焊，焊缝外观形貌如图3所示。从TC4钛合金激光焊缝表面颜色判断，在试验条件下，涂覆碳纳米管后造成焊缝氧化，但并不严重。另外，与未涂覆碳纳米管的焊缝相比，涂覆碳纳米管使得焊缝中心成形不太饱满，焊缝鱼鳞纹比较尖锐。为了进一步分析碳纳米管对TC4钛合金激光焊缝成形的影响，在显微镜下观察了焊缝截面形状并测量了焊缝熔深和熔宽，如图4所示。由图4可以看出，无论涂覆还是未涂覆碳纳米管，TC4钛合金CO2激光焊缝截面都呈“钉形”，这是因为激光束的能量达到了TC4钛合金的气化阈值，焊接过程中形成“匙孔”，产生所谓的小孔效应。激光束入射到匙孔内，经孔壁多次反射到熔池上部，使得熔池上部吸收的热量比下部多，所以形成上宽下窄的“钉形”焊缝截面形状。通过测量及计算可得:未涂覆碳纳米管的焊缝熔深(H)为2.951 2 mm、熔宽(B)为5.150 4 mm、深宽比(H/B)为0.573 0;涂覆碳纳米管的焊缝熔深(H)为3.127 6 mm、熔宽(B)为4.9741 mm、深宽比(H/B)为0.628 8。在TC4钛合金表面涂覆碳纳米管可使焊缝熔深增加约6%，熔宽降低约4%，深宽比增加约10%。从提高焊接效率和降低热影响区宽度角度来讲，涂覆碳纳米管有利于TC4钛合金焊缝成形。

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本文编号：3425777