钛合金薄板背反射诱导增效激光焊接成形性及其组织性能研究

发布时间：2017-09-28 20:23

  本文关键词：钛合金薄板背反射诱导增效激光焊接成形性及其组织性能研究

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【摘要】：钛合金薄板的高品质高效焊接成形,是“轻量化设计与制造”这一工程热点研究领域中的一个重要研究主题,激光焊接则是钛合金薄板焊接成形的主要方法之一。激光焊接过程中,当激光能量超过一定阈值后,其不仅会由热导焊向具有“小孔效应”的深熔焊转变,而且深熔焊焊缝形貌也会由“V”形向“X”形转变。显然,“X”形焊缝要较“V”形焊缝具有更好的力学性能,而且其焊接变形也小,故钛合金薄板激光深熔焊成形时更希望获得“X”形焊缝。然而,钛合金薄板激光深熔焊成形获得“X”形焊缝所对应的激光能量阈值一般较高。高的激光能量阈值,势必会引起焊接接头组织恶化等一系列问题,进而对焊接成形性产生不利影响。可见,降低钛合金薄板激光“X”形深熔焊成形所需能量阈值的研究,对于钛合金薄板的高品质高效焊接成形具有重要的理论意义和现实意义。本文基于课题组前期提出的新型薄板高效激光焊接方法—背反射诱导增效激光焊对钛合金薄板进行了对焊研究,所开展的工作和取得的主要结果如下:(1)研究了影响钛合金薄板常规激光焊接成形性的能量因素,发现其遵守功率密度和线能量密度双阈值,耦合出本文实验条件下常规激光焊接“V”形焊缝的工艺参数,以此为基础进行了背反射诱导增效激光焊接实验,绘制了钛合金薄板激光焊接的P-V图,得出薄板全熔透焊接成形是背反射诱导增效激光焊接增效能场形成的必要条件。(2)研究了反射垫板状态对钛合金薄板背反射诱导增效激光焊焊接成形性的影响。结果表明:反射垫板距施焊薄板间的距离对成形性的影响最大,反射垫板材质影响次之,反射垫板表面状态对成形性影响最小。当反射垫板距离为0.1mm、反射垫板材质为铝板且其表面光滑时,钛合金薄板焊接成形性最好。(3)研究了活性剂对钛合金薄板背反射诱导增效激光焊焊接成形性的影响,分析了不活性剂种类、涂覆位置和涂覆厚度对成形的影响规律。结果表明:活性剂涂覆位置对成形性的影响最大,活性剂种类次之,活性剂厚度对焊接成形的影响最小。尤其是,当在薄板正面涂敷活性剂时,其成形性得到明显提升。(4)研究了不加反射垫板、增加反射垫板和既增加反射垫板又添加活性剂时钛合金薄板焊接接头的组织及性能。研究发现:增加反射垫板后,焊缝区马氏体组织定向生长趋势明显减轻且针状马氏体组织变得粗大;而涂覆活性剂后,β柱状晶及β柱状晶内的马氏体组织得到明显细化;同时,增加反射垫板后拉伸强度达到母材的91%,较不加垫板时提高了近20%。
【关键词】：激光焊接 反射垫板 诱导增效能场 TC4钛合金 活性剂 显微组织 力学性能
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG456.7
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 研究背景12
• 1.2 激光焊接分类及其特点12-14
• 1.2.1 激光焊接分类12-13
• 1.2.2 激光焊接的特点13-14
• 1.2.3 焊接接头表面颜色和质量的关系14
• 1.3 钛合金薄板激光焊接成形的研究现状14-16
• 1.3.1 钛合金薄板的优点及用途14-15
• 1.3.2 钛合金薄板激光焊接研究现状15-16
• 1.3.4 钛合金薄板激光焊接存在的难点或问题16
• 1.4 背反射诱导增效激光焊接方法简介及研究成果16-19
• 1.4.1 背反射诱导增效激光焊接方法简介16-17
• 1.4.2 前期背反射诱导增效激光焊接研究成果17-19
• 1.5 本文研究目的和研究内容19-20
• 1.5.1 研究目的19-20
• 1.5.2 研究内容20
• 1.6 本章小结20-21
• 第二章 钛合金薄板背反射诱导增效激光焊接成形稳定性的研究21-33
• 2.1 引言21
• 2.2 实验材料与试验方法21-22
• 2.2.1 实验材料21-22
• 2.2.2 实验设备22
• 2.3 钛合金薄板激光全熔透焊接成形工艺参数研究22-30
• 2.3.1 激光功率密度对焊接成形的影响23-26
• 2.3.2 线能量密度对焊接成形的影响26-28
• 2.3.3 钛合金薄板背反射诱导增效激光焊接实验28-30
• 2.4 钛合金薄板背反射诱导增效能场稳定形成研究30-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第三章 反射垫板状态对钛合金薄板背反射诱导增效激光焊接成形性的影响33-42
• 3.1 引言33
• 3.2 反射垫板状态对焊接成形性的影响33-41
• 3.2.1 反射垫板材质对焊接成形性的影响33-36
• 3.2.3 反射垫板距待施焊薄板间的距离对焊接成形性的影响36-39
• 3.2.4 反射垫板表面状态对焊接成形性的影响39-41
• 3.3 本章小结41-42
• 第四章 活性剂对钛合金薄板背反射诱导增效激光焊接焊接成形性的影响42-53
• 4.1 引言42
• 4.2 活性剂的预处理和焊接工艺参数优化42-44
• 4.2.1 活性剂的预处理42
• 4.2.2 焊接工艺参数优化42-44
• 4.3 活性剂种类对焊接成形性的影响44-46
• 4.4 活性剂涂覆厚度对焊接成形性的影响46-48
• 4.5 活性剂涂覆位置对焊接成形性的影响48-51
• 4.5.1 活性剂涂敷在焊缝背面48-50
• 4.5.2 活性剂涂敷在焊缝的正面和背面50-51
• 4.6 活性剂作用原理51-52
• 4.7 本章小结52-53
• 第五章 背反射诱导增效激光焊对接头组织和性能的影响53-63
• 5.1 引言53
• 5.2 焊接试样的选择和组织性能分析方法53-55
• 5.2.1 焊接试样选择53-54
• 5.2.2 微观组织分析方法54
• 5.2.3 拉伸性能分析方法54-55
• 5.2.4 硬度分析方法55
• 5.2.5 TC4钛合金薄板金相组织55
• 5.3 实验结果与分析55-62
• 5.3.1 常规焊和增加反射垫板后焊接接头组织形貌分析55-58
• 5.3.2 涂覆不同厚度活性剂后焊接接头组织形貌分析58-59
• 5.3.3 不同工艺下焊接接头的力学性能59-61
• 5.3.4 未涂覆活性剂和涂覆活性剂下接头显微硬度分布61-62
• 5.4 本章小结62-63
• 第六章 全文总结与展望63-66
• 6.1 全文总结63-64
• 6.2 本文研究的特色与创新之处64
• 6.3 后继研究工作展望64-66
• 参考文献66-69
• 致谢69-70
• 攻读硕士学位期间科研成果70

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本文编号：937864