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钛合金薄板背反射诱导增效激光焊接成形性及其组织性能研究

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钛合金薄板的高品质高效焊接成形，是“轻量化设计与制造”这一工程热点研究领域中的一个重要研究主题，激光焊接则是钛合金薄板焊接成形的主要方法之一。激光焊接过程中，当激光能量超过一定阈值后，其不仅会由热导焊向具有“小孔效应”的深熔焊转变，而且深熔焊焊缝形貌也会由“V”形向“X”形转变。显然，“X”形焊缝要较“V”形焊缝具有更好的力学性能，而且其焊接变形也小，故钛合金薄板激光深熔焊成形时更希望获得“X”形焊缝。然而，钛合金薄板激光深熔焊成形获得“X”形焊缝所对应的激光能量阈值一般较高。高的激光能量阈值，势必会引起焊接接头组织恶化等一系列问题，进而对焊接成形性产生不利影响。可见，降低钛合金薄板激光“X”形深熔焊成形所需能量阈值的研究，对于钛合金薄板的高品质高效焊接成形具有重要的理论意义和现实意义。
　　本文基于课题组前期提出的新型薄板高效激光焊接方法—背反射诱导增效激光焊对钛合金薄板进行了对焊研究，所开展的工作和取得的主要结果如下：
　　（1）研究了影响钛合金薄板常规激光焊接成形性的能量因素，发现其遵守功率密度和线能量密度双阈值，耦合出本文实验条件下常规激光焊接“V”形焊缝的工艺参数，以此为基础进行了背反射诱导增效激光焊接实验，绘制了钛合金薄板激光焊接的P-V图，得出薄板全熔透焊接成形是背反射诱导增效激光焊接增效能场形成的必要条件。
　　（2）研究了反射垫板状态对钛合金薄板背反射诱导增效激光焊焊接成形性的影响。结果表明：反射垫板距施焊薄板间的距离对成形性的影响最大，反射垫板材质影响次之，反射垫板表面状态对成形性影响最小。当反射垫板距离为0.1mm、反射垫板材质为铝板且其表面光滑时，钛合金薄板焊接成形性最好。
　　（3）研究了活性剂对钛合金薄板背反射诱导增效激光焊焊接成形性的影响，分析了不活性剂种类、涂覆位置和涂覆厚度对成形的影响规律。结果表明：活性剂涂覆位置对成形性的影响最大，活性剂种类次之，活性剂厚度对焊接成形的影响最小。尤其是，当在薄板正面涂敷活性剂时，其成形性得到明显提升。
　　（4）研究了不加反射垫板、增加反射垫板和既增加反射垫板又添加活性剂时钛合金薄板焊接接头的组织及性能。研究发现：增加反射垫板后，焊缝区马氏体组织定向生长趋势明显减轻且针状马氏体组织变得粗大；而涂覆活性剂后，β柱状晶及β柱状晶内的马氏体组织得到明显细化；同时，增加反射垫板后拉伸强度达到母材的91％，较不加垫板时提高了近20%。

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