TA15鈦合金激光焊接溫度場的測量與焊縫特征研究.pdf

1、作為優(yōu)秀的航空航天結(jié)構(gòu)材料，質(zhì)輕、比強度高、耐腐蝕、耐高溫的鈦合金在減輕結(jié)構(gòu)重量，提高材料利用率，降低成本等方面很有優(yōu)勢，激光焊的使用讓以上優(yōu)勢進一步得以凸顯。以“小孔效應(yīng)”為基礎(chǔ)的激光深熔焊接具有能量密度高，加熱集中，對材料熱損失小，得到的焊縫深寬比大，焊接接頭殘余應(yīng)力低，焊接精度高等許多優(yōu)點。然而激光焊接過程始終還是一個快速不均勻傳熱的過程，焊縫附近會產(chǎn)生很大的溫度梯度，焊后的結(jié)構(gòu)難免會有不同程度的殘余應(yīng)力和變形產(chǎn)生，這些問題會直接

2、影響到焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和使用性能。通過控制焊接過程的熱輸入和冷卻方法，可以控制熔池的特征量和熱循環(huán)參量，這有利于實現(xiàn)對焊接結(jié)果的預(yù)測和控制。而焊接溫度場分布則恰可以反映復(fù)雜的焊接熱過程，因此研究焊接溫度場對與焊接質(zhì)量的控制十分重要。
　　 本課題主要通過運用高速攝像和紅外熱像的方法，對TA15鈦合金激光焊接過程進行實時監(jiān)測，然后對監(jiān)測得到的視頻和圖像結(jié)果進行計算分析處理，探討了TA15鈦合金激光焊接熔池、溫度場分布及焊接熱循環(huán)的特

3、征與焊接參量的關(guān)系;利用自主開發(fā)軟件簡單嘗試并實現(xiàn)了鈦合金激光焊接溫度場的三維重構(gòu);接著對最終得到焊縫剖面的形貌、組織分布以及焊縫表面成形質(zhì)量和缺陷進行了分析。
　　 研究結(jié)果表明:
　　 (1)其他條件一定的情況下，隨單位厚度焊接線能量的增加，TA15鈦合金激光焊接的正、背面熔池的寬度和長度均不斷增加;保護氣體種類對正面熔池形狀尺寸影響不太大，對于背面熔池而言，則是線能量較低時，氦氣保護時熔池寬度和長度較大;線能量較高

4、時，Ar氣保護的熔池寬度和長度較大。
　　 (2)激光功率一定時，隨焊接速度的降低，紅外測得的正面溫度場最高溫度不斷增加，而背面溫度場最高溫度隨焊接速度的變化出現(xiàn)了一定的不規(guī)律波動。
　　 (3)在激光功率一定條件下，焊縫正面熱循環(huán)特征量與單位厚度焊接線能量的關(guān)系如下:(a)焊縫凝固點以上停留時間，隨單位厚度焊接線能量的增加而增加;(b)熔池實際的平均加熱速度隨著單位厚度焊接線能量的增加而減小;(c)800-500℃平均

5、冷卻速度和800-300℃平均冷卻速度都隨單位厚度焊接線能量的增加而減小，且ωc-8/5明顯比ωc-8/3快得多。
　　 (4)用高速攝像監(jiān)測方法得到的熔池?zé)釄D像，通過分析計算可以重構(gòu)得到的三維焊接溫度場。
　　 (5)線能量較大時，熱影響區(qū)較寬，晶粒由熔合線向母材方向逐漸細(xì)化，相變熱影響區(qū)特征明顯;線能量較小時，熱影響區(qū)較窄，熔合線處β晶粒尺寸突變，很難識別出相變熱影響區(qū)。薄板對單位厚度線能量的敏感性明顯比厚板強。焊接