江苏激光联盟导读：

钛合金在工业上的应用越来越广泛，焊接钛合金的方法不断更新迭代。本文探讨了一种焊接钛合金的新趋势与新进展。

摘要

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如今，钛合金因其高强度重量比、耐腐蚀性和高温强度的特性在各种复杂工业中得到了广泛应用。这使得异种钛合金在单个单元中实现对比特性变得流行。结构制造过程中，焊接等连接方法是实现所需特性的关键。本研究旨在综述用于不同钛合金焊接的各种先进工艺。

特别研究了钨极惰性气体保护焊（GTAW）、激光和电子束焊接等不同焊接方法对α、α+β和β钛合金异种焊缝组织、力学性能及其它特性的影响。探讨了影响焊接工艺参数对合金机械强度、显微组织和焊接接头质量的基本现象。此外，还对熔合区孔隙率和界面区金属间化合物概念的演变进行了详细研究。另深入研究了提高接头质量的各种补救方法，如光束偏移、工艺杂交、时效和焊后热处理等。结合钛合金异种焊接的工业上应用最新趋势，介绍了该领域进一步研究的最新进展。

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Ti6A1-4V/Ti-15V-3Cr-3A1-3Sn熔焊件的结构特征。（a）显示Ti-15V-3Cr-3A1-3Sn熔合边界区域的光宏图。大箭头表示明显的熔合边界。（b） 显示rn'人工转化带的光显微照片。（c） 扫描电子显微照片，显示转化带结构和相邻的β区。

1．介绍

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随着技术的发展，在工程产品方面实现卓越的需求也在增加。通过将不同的材料组合在一个产品中，就可以实现多种功能。铆接、热缩配合和焊接是工业中用于连接不同材料的一些工艺。其中，焊接是首选，尤其是在高温和高压应用中，如压力容器和飞机结构，因为具有高强度要求的增强密封。

然而，就长期服务提供而言，结构完整性可能会受到影响。特别是，异种合金的焊接可能会导致焊接接头界面处的不相容问题，因为材料特性不同，如导热系数、热膨胀和弹性模量。对于Ti-6-4/Ti-22Al-27Nb焊接接头，不同材料的上述性能差异导致元素分布发生显著变化，如图1所示。观察到元素向基底金属（BM）区域的扩散很小；但是，熔化区域受到显著影响。

图1 采用3kw CO2激光焊接机获得的Ti-6-4(TC4)/ Ti-22Al-27Nb异种焊缝截面b元素分布

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2．钛合金的性能和应用

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钛以两种同素异形体形式存在，一种是封闭六角形结构(HCP)的α相(α相)，而β相(β-phase)是体心立方结构(BCC)。加热时，hcp结构的α相在β过渡温度(t β transsus)转变为bcc结构的β相。钛的Tβtransus约为885°C，是合金元素及其比例的函数。用于钛合金的合金元素可分为三类。第一组元素为α-稳定剂，在室温下保持HCP晶体结构并提高β-过渡温度，所得合金被视为α-钛合金。铝（Al）和间隙元素，如氧（O）、氮（N）和碳（C）是强α-稳定剂。第二组元素是β-稳定剂，可以稳定BCC晶体结构，降低β-过渡温度，因此称为β钛合金。钒（V）、钼（Mo）、亚铁（Fe）、锰（Mn）、铬（Cr）、氢（H）、钴（Co）、铜（Cu）和钽（Ta）是β-稳定剂的示例。第三组元素为固溶体增强剂，不影响β-transus温度。如锡（Sn）和锆（Zr），它们表现为中性，对相变温度影响很小。

凝固速度增加导致富溶质带形成的示意图。Co为标称合金成分，k为平衡分配比。（a） 在R~处的稳态凝固，（b）生长速率从R~增加到R 2，（c）在R 2处的稳态凝固（经过Flemings之后）

因此，添加它们是为了通过限制滑移变形和位错移动来改变合金的性能。α-合金在室温下具有非常有限的BCCβ相。同样，α- β合金在室温下同时保留了α相和β相。α - β钛合金中的合金元素在室温下起到稳定剂的作用，使β相保持不变。Β-alloys在冷却到室温时，由于β稳定元素的作用，易于保持β相。。图2显示了β稳定剂数量的增加对β相室温稳定性的影响，这也与马氏体起始温度（Ms）有关。在此温度下，BCC（β相）开始转变为针状HCP（α相）微观结构，称为马氏体，并依赖于合金元素。如

文章来源：《钛工业进展》 网址: http://www.tgyjzzz.cn/zonghexinwen/2022/0424/1557.html