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钛合金激光焊接主要缺陷
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钛合金激光焊接主要缺陷

激光焊接具有能量集中、焊缝成形好、热影响区小、操作简单的优势,适合焊接各种厚度的材料,在飞机的钛合金零件的焊接中得到广泛的应用。象美军的四代机F22使用TC4钛合金的比例超过结构质量的41%,使得钛合金材料成为航空结构的主体材料之一。那么激光焊接钛合金容易产生哪些缺陷呢?

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气孔

气孔是钛合金激光焊接时最常见、危害性最 大的一种缺陷,它容易引起应力集中,从而降低了焊缝的综合性能。在焊接过程作中,熔池上部特体金属对流最为剧烈,保护气体可能被卷入熔池,由于熔池内部的温度梯度极大,焊接熔池快速凝固后,被卷入熔池的保护气体来不及逸出,从而在熔池底部形成气孔。此外,焊接熔池的快速凝固也可能使熔池中的光致等离子体没有充足的时间逸出熔池,它与熔池内液态金属同时凝固,最终在焊缝内部形成真空的气孔。

裂纹

钛合金激光焊接时极易吸收周围空气中的氮气、氧气、氢气,并与之发生反应形成间隙固溶体,这就阻碍了晶界间位错的移动,明显提高了焊缝的硬度,但其塑性会变差,导致整个焊接接头脆化。

氢气是引起焊缝及周围高温区域冷却后产生焊接裂纹的主要原因。氢气在钛合金中的作用是扩大β相相区,使β相的转变温度降低,并强化β相。但氢气对焊缝综合性能的影响具体表现为热影响区产生延迟裂纹。实际上热影响区的含氢量远高于熔合区,这是因为氢气随着熔池内熔融金属的对流运动而被带入激冷层附近,这样冷却后热影响区就会析出大量的TiH2,导致热影响区的脆性增加。另外,钛合金热导率较低,焊接熔池又不断地把热量以热传导的方式传给热影响区,使得热影响区始终保持较高温度,这样析出的氢化物体积迅速膨胀,从而引起较大的局部应力,当局部应力超过材料的屈服极限时就会产生裂纹。

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