焊接功率对TC4钛合金激光焊接头成形与组织性能研究

许爱平，董俊慧，甄邵杨，张艺程

（内蒙古工业大学 材料科学与工程学院，内蒙古 呼和浩特 010051）

TC4钛合金具有密度低、比强度高、高温性能良好、耐腐蚀性能好、无毒无磁、良好的焊接性和生物相容性等特点，在航空航天、航海、兵器、化工、生物医药等领域具有广泛的应用前景[1-3]。

关于TC4钛合金焊接的方法有很多，常见的有氩弧焊、熔化极气体保护焊、电子束焊、搅拌摩擦焊、激光焊等其它焊接方法。其中与其他焊接技术相比，激光焊接技术具有突出的优点较高的功率密度[4，5]，在焊缝中形成更窄的热影响区[6，7]和更深的熔合区[8]和更低的残余应力[9]以及焊件更小的变形。对2 mm的TC4钛合金进行焊接试验，通过改变焊接功率，研究TC4钛合金焊接接头的成形以及力学性能。

1 试验材料及设备

1.1 试验材料

激光焊试验选取厚度为2mm的TC4钛合金挤压板作为母材，母材化学成分见表1，焊接试验采用单一变量法，研究焊接功率的变化对焊缝成形，以及力学性能的影响。

表1 为TC4钛合金的化学成分（质量分数%）

表2 TC4钛合金焊接工艺参数

1.2 试验设备

实验选用设备是IPG Photonics公司生产的IPG YLS-10000型光纤激光器，光电转化效率十分可观；功率稳定性达+1%，所以焊接过程稳定；输出功率范围灵活；占地面积小；波长在1075+5nm间变化。焊接中还要使用德国库卡公司生产的KR-C4型机器人系统配合完成试验过程。

2 试验结果分析

2.1 焊接功率对成形的影响

从图1（a）线能量随着激光焊功率的增加而增加，随着焊接功率的进一步增加，观察到激光功率与熔深之间线性关系的变化。……