第33卷第12期 2012年12月
焊接学报
TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION
Vol.33No.12 December 2012
钛合金TIG焊接头晶粒尺寸非线性梯度特征
张建勋，董丽娜，张林杰，王伊卿
（1.西安交通大学金属材料强度国家重点实验室，西安710049；2.西安交通大学机械工程学院，西安710049）
摘要：以显微组织与品粒尺寸统计分析为基础，研了TC4钛合金不同TIG焊工艺的焊接接头显微组织及其晶粒尺寸变化，引人了晶粒梯度特征值概念，以表征钛合金焊接接头显微组织的非均匀性，结果表明，TC4钛合金TIG焊接头显微组织的晶粒尺寸从焊缝中心经热影响区至母材呈现非线性变化，晶粒尺寸变化率（晶粒梯度）在柱状晶区（CZ)和粗晶区(CCZ)交界处出现最大值，称之为品粒梯度特征值；随着TIC焊热输人增大，晶粒梯度特征值逐渐减小，但相对位置不发生改变，晶粒尺寸梯度特征值能够反映钛合金焊接接头组织的不均匀性，这对于探索钛合金焊接接头的服役性能具有重要的意义
关键词：钛合金；TIC焊；晶粒梯度
中图分类号：TG113.26+3文献标识码：A文章编号：0253-360X(2012)12-0001-04
0序言
TC4钛合金在航空航天、化工、医疗等领域有着
广泛的应用，采用熔化焊技术能够使得钛合金实现良好的冶金接合，但在焊接接头中仍然存在严重的非均匀组织性能与残余应力，从而会影响钛合金焊接结构的服役性能(1-4)
张建勋[5]提出了焊接接头存在组织性能与残余应力的“大梯度与尺度效应”的概念，指出焊接接头强度、损伤、断裂与疲劳等具有大梯度及其尺寸效应，这对于研究焊接结构的服役可靠性有着重要的意义，文献【6]研究钛合金高能束焊接接头的晶粒尺寸梯度对材料损伤性能的影响，发现晶粒尺寸的大梯度对接头的损伤演化具有延缓作用，李清华等人采用“多晶局域梯度模型“研究钛合金焊后组织不均匀性发现，热输人的增大造成焊缝形貌的差异，影响了焊缝内柱状晶的分布规律，最终使接头疲劳性能受到很大影响.Liu等人从晶粒取向的角度研究了TC4钛合金焊接接头的非线性不均性特征，发现焊接热循环作用提高了晶粒取向的各向异性，Jinkeun等人(9研究TC4钛合金在其不同尺度效应下组织不均性对疲劳裂纹扩展的影响时发现，接头越狭窄其组织不均匀性越大，越易产生疲劳
收稿日期：2012-08-15
基金项目：国家教育部博士点基全资助项目（20100201110065）：国
家自然科学基金资助项目（50875200：50975221）
方方数据
损伤
张建勋
焊接接头的组织不均匀性对其性能具有重要的影响，在钛合金焊接中，晶粒尺寸的大小是影响焊接接头微区性能的重要因素，然而关于该间题的研究目前只处于宏观的定性分析阶段，缺少对接头组织性能不均匀性的量化表征文中通过对TC4钛合金 TIG焊接头组织非均匀性的研究，引人晶粒梯度特征值的概念，提出了一种分析焊接接头大梯度组织
特征的表征方法， 1试验方法
焊接试验采用商用TC4钛合金板材，焊接试板的尺寸为150mm×200mm×3mm，TIC焊试验沿垂直于轧制方向进行
由于钛合金表面有致密的氧化膜，在施焊前需要对其表面进行非常全面细致的清理，首先用砂纸打磨试件表面直至发亮，去除氧化膜，然后进行酸洗（配方为25%~30%HNO，+3%HF+H0），采用已经制备好的试剂擦拭试板表面，除去氧化膜及油污后用清水冲洗，再用脱脂棉菌取丙酮擦拭试板，吸去试板表面的水分，并用吹风机吹干后待焊
为了减小焊接变形，焊接时采用图1a所示的带有紫铜散热夹具的工作台，图1b为焊接完成后的试板.TIC焊电流分别为75,100150A，电弧电压12 V，焊接速度为12cm/min，氟氩气流量8L/min（喷嘴）