纯钛板加工时接焊性能的介绍

    钛及钛合金的焊接一般多采用情气保护钨电极电弧焊接（TIG）、等离子焊接和激光焊接等高能量密度的焊接方法。对于钛板厂家加工纯钛板而言，焊接应变小、精度高的等离子焊接和激光焊接都是非常好的焊接方法。近年来，随着汽车的轻量化，对薄板焊接的性能和生产效率的要求日益提高。因此，探讨各种焊接方法用于纯钛薄板对接的可行性，有助于扩大其用途。

     使用厚度0.6mm的工业纯钛(TP340C，JISH46002种），焊缝与轧制方向呈直角进行对接焊。采用TIC、等离子焊、激光焊3种焊接方法进行了焊接对比。TIC和等离子焊使用氩气作为保护气体，并使用保护罩以防止氧、氮、氢等气体元素污染焊缝而降低对接焊缝的力学性能。激光焊采用脉冲YAG激光器，最大输出功率550W，最大脉冲能量70J，焦点距离80mm，倾斜角度20°。

     焊缝的宽度按能量密度的不同，由脉冲YAG激光焊、等离子焊、TIG焊接的高低顺序逐渐变宽。激光焊缝的正面宽度约为1.76mm，为TIG焊缝的70%，等离子焊缝宽度介于二者之间，但焊缝背与激光焊缝相同。TIG和等离子焊的焊缝表面都观察到粗大晶粒。而激光焊因为是非连续的脉冲焊接，故在焊缝表面观察到脉动圆弧，且因飞溅的金属粘附在焊缝上，所以焊缝外观最差。从纯钛具有较高的缺陷敏感性这一点来考虑，等离子焊和TIG焊更好些。

    钛合金焊接时，因焊接气氛、坡口形状、不恰当的焊接条件等原因，有时会产生气泡。但在上述的试验中并未观察到因焊接方法不同而产生气泡、融合不良或裂纹。TIG和等离子焊接接头热影响区的宽度比熔区宽约10%，激光焊的热影响区较窄，仅有熔区宽度的80%。所有焊缝熔区和热影响区的晶粒都比基材的晶粒大得多。基材是细小的等轴晶组织，熔区钙织为锯齿状晶界及针状a组织，酷似纯钛在B区淬火的快冷组织。

     热影响区的组织是由基材伸向熔融凝固区的长晶粒。TIG焊接熔区的晶粒尺寸是263 um，等离子焊是192um，激光焊是150uma各种焊接方法与硬度的相关性并不明确。熔区和热影响区的努氏硬度（HK）都在140-210MPa范围内，区别不大，焊缝HK硬度平均比基材大40MPa左右。TIG和等离子焊接接头中的氮含量为0.006w%，激光焊为0.007w%，约为基材的1.5倍。氧含量比氮略高一点。

    纯钛板加工各个焊接方法的缺口拉伸试验结果无甚差别，焊缝的抗拉强度和屈服强度都与基材相当。由此认为焊缝的拉伸强度与晶粒直径、晶粒形状无关。SEM观察发现，断裂面为延性断裂。各种试样的弯曲试验结果表明，无论是L方向还是T方向的弯曲性都很好，焊缝两面都见不到弯曲造成的裂纹。基材为均匀平滑的弯曲，但在焊缝上有凹凸不平的地方，即产生了不均匀变形。TIG和等离子焊接接头的T方向的弯曲，无论向焊缝哪边弯，在热影响区附近的变形都很显著，这有可能是这两种焊接方法的焊缝晶粒粗大所致。