激光焊接钛合金的过程-东光县东发金属钎焊材料厂
当前位置:返回首页 > 新闻动态 > 常见问题 >
产品系列
热门产品

激光焊接钛合金的过程

2019-12-02 07:15:20

焊接时,焊缝局部受热会产生各个方向不同的温度分布梯度,焊缝中激光束作用区域温度较高,靠近激光照射区的地方温度也很高,因此该区域金属材料膨胀,但远离焊缝的地方的温度比较低,所以金属的热膨胀因此而受到约束。因此,焊缝高温熔化区金属因膨胀受限而受到压缩应力,当金属温度达到“力学熔点”以上时,其屈服强度几乎为零,此时压缩应力超过了屈服强度,压缩应力释放,形成压缩性塑性应变。从温度进一步升高到超过材料的熔点使得材料熔化变为液态形成熔池,然后熔池开始凝固直到该区温度开始降低到力学熔点,在这段时间中该区域一直处于零应力状态。也就是说,当焊件激光照射区的温度处于力学熔点温度到汽化温度之间的一段时间内,该区域内应力为零,但是已经存在压缩性塑性应变。然后随着光束的移动,当原激光作用区温度进一步降低时,原激光作用区的压缩性的塑性应变则开始收缩,但是又受到较远处金属的约束对其作用的拉伸应力,所以当该区金属应力超过弹性限度时,受力就变为拉伸性塑性应变。因此焊接结构的残余塑性应变主要由两阶段的压缩性塑性应变和拉伸性塑性应变共同决定。

此外,除了由于不均匀加热下金属约束产生的应力应变以外,当材料被加热到超过其同素异形转变温度后,其金相组织也会发生转变,而由于不同的组织的比热容不同,相应的金属体积也会发生变化。同样地,由于发生相变区域与非相变区域金属的体积变化不同而彼此约束,从而导致内应力的产生,并且当应力值超过屈服限度时也会产生塑性变形,待温度再次稳定后,还剩下的应力被称为相变应力,相应的塑性变形称为相应变。综上,焊接变形产生的根本原因主要是热应变、塑性应变以及相应变。

而在激光焊接钛合金的过程中,由于TC4钛合金(Ti-6Al-4V)的发生同素异构转变的β转变温度为5℃,超过了其力学熔点温度800℃,所以该温度下钛合金为塑性状态,变形不会在材料内产生应力,即TC4钛合金的组织转变不会产生相变应力,但是材料的凝固和熔化产生的固液相变会仍然产生相变应力。而由于激光焊接的过程中温度上升非常快,相应变引起的体积变化很小,所以这种转变引起的残余变形也很小,可以忽略。因此,在后续模拟计算时不再考虑相变的影响。

钛在常温下会与氧发生反应形成非常致密的氧化膜,使其具有很高的性和稳定性。但是,在焊接中随着温度的升高,钛的晶体结构由密排六方逐渐转变为体心立方结构,强烈地吸收氮、氧、氢等元素。在250℃开始吸氢,500℃开始吸氧,600℃开始吸氮,且随温度上升,钛吸收气体的能力进一步增强。空气中含有大量的氧和氮,因此,TC4钛合金激光焊接过程中需要采取保护措施,防止焊缝金属吸收杂质气体。氧和氮在钛的α相和β相中都有较高的溶解度,与钛反应能形成间隙固溶相,使钛的晶格严重扭曲,强烈降低金属的塑性,并提高其硬度;氢在钛中的溶解度较高,达到了33%(原子),钛吸收氢后会形成强度很低的氢化钛,并从焊缝中析出形成片状或针状物,不仅增加了形成冷裂纹的倾向,较使得焊缝韧性急剧下降,抗冲击性能显著降低。所以,TC4钛合金激光焊接时,需要采取严格的气体保护才能获得性能良好的焊接接头。