激光焊接具有能量集中、焊縫成形好、熱影響區(qū)小、操作簡單的優(yōu)勢，適合焊接各種厚度的材料，在飛機的鈦合金零件的焊接中得到廣泛的應(yīng)用。象美軍的四代機F22使用TC4鈦合金的比例超過結(jié)構(gòu)質(zhì)量的41%,使得鈦合金材料成為航空結(jié)構(gòu)的主體材料之一。那么激光焊接鈦合金容易產(chǎn)生哪些缺陷呢？
氣孔
氣孔是鈦合金激光焊接時最常見、危害性最大的一種缺陷，它容易引起應(yīng)力集中，從而降低了焊縫的綜合性能。在焊接過程作中，熔池上部特體金屬對流最為劇烈，保護氣體可能被卷入熔池，由于熔池內(nèi)部的溫度梯度極大，焊接熔池快速凝固后，被卷入熔池的保護氣體來不及逸出，從而在熔池底部形成氣孔。此外，焊接熔池的快速凝固也可能使熔池中的光致等離子體沒有充足的時間逸出熔池，它與熔池內(nèi)液態(tài)金屬同時凝固，最終在焊縫內(nèi)部形成真空的氣孔。
裂紋
鈦合金激光焊接時極易吸收周圍空氣中的氮氣、氧氣、氫氣，并與之發(fā)生反應(yīng)形成間隙固溶體，這就阻礙了晶界間位錯的移動，明顯提高了焊縫的硬度，但其塑性會變差，導致整個焊接接頭脆化。
氣孔
氣孔是鈦合金激光焊接時最常見、危害性最大的一種缺陷，它容易引起應(yīng)力集中，從而降低了焊縫的綜合性能。在焊接過程作中，熔池上部特體金屬對流最為劇烈，保護氣體可能被卷入熔池，由于熔池內(nèi)部的溫度梯度極大，焊接熔池快速凝固后，被卷入熔池的保護氣體來不及逸出，從而在熔池底部形成氣孔。此外，焊接熔池的快速凝固也可能使熔池中的光致等離子體沒有充足的時間逸出熔池，它與熔池內(nèi)液態(tài)金屬同時凝固，最終在焊縫內(nèi)部形成真空的氣孔。
裂紋
鈦合金激光焊接時極易吸收周圍空氣中的氮氣、氧氣、氫氣，并與之發(fā)生反應(yīng)形成間隙固溶體，這就阻礙了晶界間位錯的移動，明顯提高了焊縫的硬度，但其塑性會變差，導致整個焊接接頭脆化。
氫氣是引起焊縫及周圍高溫區(qū)域冷卻后產(chǎn)生焊接裂紋的主要原因。氫氣在鈦合金中的作用是擴大β相相區(qū)，使β相的轉(zhuǎn)變溫度降低，并強化β相。但氫氣對焊縫綜合性能的影響具體表現(xiàn)為熱影響區(qū)產(chǎn)生延遲裂紋。實際上熱影響區(qū)的含氫量遠高于熔合區(qū)，這是因為氫氣隨著熔池內(nèi)熔融金屬的對流運動而被帶入激冷層附近，這樣冷卻后熱影響區(qū)就會析出大量的TiH2,導致熱影響區(qū)的脆性增加。另外，鈦合金熱導率較低，焊接熔池又不斷地把熱量以熱傳導的方式傳給熱影響區(qū)，使得熱影響區(qū)始終保持較高溫度，這樣析出的氫化物體積迅速膨脹，從而引起較大的局部應(yīng)力，當局部應(yīng)力超過材料的屈服極限時就會產(chǎn)生裂紋。
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