TA15钛合金激光-TIG复合焊接及保护工艺研究

发布时间：2017-09-15 15:42

  本文关键词：TA15钛合金激光-TIG复合焊接及保护工艺研究

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【摘要】：钛及其合金具有诸如较小的密度、高的比强度、良好的力学性能和耐腐蚀性、无磁无毒等优点,被广泛应用于航空航天、航海、石油化工、汽车、医疗、能源等诸多领域。钛合金具有良好的焊接性,常用的焊接方法有钨极氩弧焊、激光焊、电子束焊、搅拌摩擦焊等。激光-电弧复合焊接作为一种新的高效的焊接方法,在钢铁、铝合金、镁合金等材料的焊接领域获得了良好的应用。使用激光-TIG复合热源进行钛合金薄壁结构件的焊接,在焊接生产效率、接头性能、焊缝保护等方面有很大的优势。本文采用激光-TIG复合热源对国产TA15钛合金薄壁结构件进行冷填丝对接焊接试验,并与单TIG焊接进行对比,研究了焊接、填丝及保护工艺；对焊接接头进行了测试,研究了焊缝保护对接头性能的影响规律；分析了焊缝成型的特点,形成了控制焊缝成型的有效方法。为激光-TIG高效焊接方法在钛合金焊接领域的推广应用提供工艺规范和性能数据支撑。研究结果表明,激光-TIG复合热源可以实现TA15钛合金的高效焊接。不同的热源布置模式(TIG电弧在前和激光在前)具有不同的焊接工艺特点：当TIG电弧在前时,热源穿透能力更强；当采用激光在前时焊接过程更稳定,焊缝成型更好,更容易实现良好的焊接保护。随着拖罩保护时间缩短,焊缝污染程度加剧,焊接接头静拉伸及疲劳性能急剧降低。与单TIG焊接相比,激光-TIG复合焊接生产效率更高、热输入更低,焊接钛合金时复合焊焊缝宽度更窄,焊缝晶粒更细。激光-TIG复合焊接的焊缝比单TIG焊缝具有更快的冷却速率,保护相同时间时焊缝污染程度更低。相同保护时间下,激光-TIG复合焊的接头强度、塑性和疲劳性能均优于单TIG焊接；获得理想的接头力学性能时,激光-TIG复合焊接需要的保护时间(12s)比单TIG焊接(20s)更短。激光-TIG复合焊接TA15钛合金时,由于焊接热源功率密度集中,形成的熔池狭长、尖锐；在电弧压力及表面张力驱动下,熔池液态金属流往熔池尾部并堆积凝固,形成“山脊”状焊缝。采用增加激光离焦量和增大钨极尖端角度的方法,能对焊缝成型加以改善；但这两种方法均会在一定程度上降低激光-TIG复合热源的焊接穿透能力。而在接保护气氛中添加2%含量的活性气体成分C02能显著改善焊缝成型；2%含量的C02加入不会导致焊缝氧元素和碳元素含量升高,也不会降低接头强度。活性元素作用在焊接熔池表面改变熔池表面张力温度梯度及熔池流动是焊缝成型获得改善的主要原因。
【关键词】：激光-TIG复合热源 钛合金 焊缝保护 接头性能 焊缝成型
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG456
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-22
• 1.1 课题背景9-10
• 1.2 钛及钛合金的性能特点10-12
• 1.2.1 钛的性能特点10-11
• 1.2.2 钛合金分类11-12
• 1.3 钛及钛合金的焊接12-21
• 1.3.1 钛及钛合金的常用焊接方法12-18
• 1.3.2 钛及钛合金的焊接保护18-21
• 1.4 本文研究内容21-22
• 2 试验材料、设备及方法22-29
• 2.1 试验材料22-23
• 2.2 试验设备23-25
• 2.2.1 焊接设备23-24
• 2.2.2 激光-TIG复合焊枪及TIG冷填丝装置24-25
• 2.2.3 焊缝保护装置25
• 2.3 试验方法25-29
• 2.3.1 焊前准备25-26
• 2.3.2 焊接过程26
• 2.3.3 焊后分析26-29
• 3 TA15钛合金激光-TIG复合焊接工艺及焊缝保护29-49
• 3.1 不同热源布置模式下的复合焊接及焊缝保护工艺29-36
• 3.1.1 TIG电弧在前和激光在前时的热源特点29-30
• 3.1.2 不同热源布置模式下的钛合金焊缝成型30-31
• 3.1.3 不同热源布置模式下的焊接填丝工艺31-33
• 3.1.4 不同热源布置模式下的焊缝保护工艺33-36
• 3.2 拖罩气流的保护时间对焊接接头表面形貌及性能的影响36-48
• 3.2.1 激光-TIG复合焊和单TIG焊接接头横截面形貌及组织37-39
• 3.2.2 保护时间对焊缝表面形态的影响39-40
• 3.2.3 焊缝冷却曲线40-41
• 3.2.4 保护时间对焊接接头静拉伸性能的影响41-42
• 3.2.5 保护时间对接头疲劳性能的影响42-44
• 3.2.6 氧元素对焊接接头力学性能的影响44-45
• 3.2.7 氢元素对接头力学性能的影响45-48
• 3.3 本章小结48-49
• 4 TA15钛合金激光-TIG复合焊接的焊缝成型控制49-60
• 4.1 激光-TIG复合焊接TA15钛合金的焊缝成型特点及影响因素49-54
• 4.1.1 激光-TIG复合焊接TA15钛合金的焊缝成型特点49-51
• 4.1.2 激光-TIG复合焊接TA15钛合金的焊缝成型影响参数51-54
• 4.2 保护气氛中添加活性元素对激光-TIG复合焊焊缝成型的改善54-59
• 4.2.1 保护气氛中添加CO_2对焊缝成型的影响54-56
• 4.2.2 焊接接头横截面元素分析56
• 4.2.3 焊接接头性能56-57
• 4.2.4 保护气氛中添加CO_2改善焊缝成型的机制分析57-59
• 4.3 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况65-66
• 致谢66-67

【参考文献】

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中国博士学位论文全文数据库 前1条

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本文编号：857413