钛合金真空电子束焊接接头组织与性能研究

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目前对钛合金真空电子束焊接接头的研究主要集中在工艺、组织以及机械性能,特别是疲劳、拉伸性能上,对于高能束焊引起的组织改变而导致的腐蚀性能变化的研究并不多见。本文以TC4、TA2钛合金薄板真空电子束焊同种/异种对接接头为研究对象,采用OM、SEM、EDS、XRD、等方法对比研究了母材、焊缝区、接头试样的组织演变规律,采用显微硬度与拉伸试验研究焊接接头力学性能变化;采用电化学工作站对接头试样在Na Cl溶液、HCl溶液中的电化学腐蚀过程和行为变化规律进行研究。研究结果如下:基于Sysweld软件的Visual mesh、Heat Input fitting、Welding wizard及Solver模块,采用一个球状热源与两个高斯热源复合的热源模型,在高压70k V,电子束流21m A,焊接速度650~800mm/min,表面聚焦时,对TA2-TC4异种钛合金真空电子束焊接过程进行数值模拟,可以获得质量较好的接头。同等条件下实验验证表明,焊接与模拟熔池参数吻合度高,模拟结果可靠,实验效率得到了提高。TC4-TC4同种钛合金真空电子束焊接接头中,焊缝由α’相与少量β相组成,α’相占比为86.1%,焊缝显微硬度最高为407HV。接头抗拉强度为1050 MPa,仅为母材92%左右。在0.6mol·L-1Na Cl及饱和Na Cl溶液中,焊缝与接头抗腐蚀性能较母材更佳。当Cl-浓度升高后,焊缝、接头与母材腐蚀电流Icorr值与维钝电流Ip值均降低,可能是大量Cl-阻碍了电子运动,减缓了腐蚀所致。在1.0mol·L-1HCl溶液中,焊缝和接头Icorr值与Ip值显著升高,抗盐酸腐蚀性能对比抗Na Cl腐蚀性能大幅降低。母材、焊缝及接头阻抗随测试时间增加呈现出降低趋势,96h后逐渐趋于稳定,即抗腐蚀性能逐渐降低后稳定。焊缝与母材发生了点蚀,而接头发生了选择性腐蚀。TA2-TA2同种钛合金真空电子束焊接接头中,焊缝由锯齿状α相及板条状α相构成,显微硬度最高值为160HV。接头抗拉强度为445MPa,与母材相当。在不同腐蚀介质中,抗电化学腐蚀性能从高到低顺序都为:母材>焊缝>接头。焊缝与接头抗盐酸腐蚀能力相比抗Na Cl腐蚀性能略微降低。在1.0mol·L-1HCl溶液中,随测试时间增加,试样阻抗全部降低,且出现了点蚀。TA2-TC4异种钛合金真空电子束焊接接头中,焊缝主要由不规则α相、α’相与少量β相构成,其中α+α’相、β相占比分别为75.9%与23.5%。焊缝显微硬度最高值为392HV,接头抗拉强度为456 MPa,较TA2高出3.63%,约为TC4的40%。在0.6mol·L-1Na Cl溶液中,焊缝抗腐蚀性能与TA2及TC4相当。在1.0mol·L-1HCl溶液中,焊缝抗腐蚀性能较母材更差,出现了选择性腐蚀,阻抗随测试时间增加而降低。原因可能是V元素的偏聚,形成的腐蚀原电池加速了α相腐蚀。
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