MMTA：16mm厚钛合金窄间隙振荡激光-MIG复合焊接接头组织不均匀性与力学性能研究

发布者：日期：2025年09月17日 09:36 点击数：

【研究背景】：

钛合金因其高比强度、优异的耐热性和耐腐蚀性，在航空航天、船舶制造和国防等领域具有广泛应用。随着大型结构件制造需求的增长，中厚板钛合金的焊接成为关键制造环节。传统多层多道焊接方法存在热输入高、残余应力大、组织不均匀等问题。窄间隙激光-电弧复合焊接（NG-LAHW）因其高效率、低热输入和良好的间隙适应性，成为厚板焊接的理想选择。然而，焊接过程中热输入和循环的不均匀性导致接头组织与性能分布不均，影响结构可靠性。振荡激光焊接通过调控熔池流动与热循环，有望改善组织均匀性，但其在钛合金厚板焊接中的应用及组织-性能关系尚缺乏系统研究。因此，本文系统研究了16mm厚TC4钛合金在振荡激光-MIG复合焊接下的组织演变与力学性能分布规律，为厚板钛合金焊接工艺优化提供理论依据。

【论文概况】：

该研究采用窄间隙振荡激光-MIG复合焊接工艺对16mm厚TC4钛合金进行多层多道焊接，系统分析了焊缝不同区域（盖面、填充、打底）组织的晶粒尺寸、相组成、织构、晶界特征及硬度、冲击韧性等力学性能。结果表明，焊缝组织存在明显的层间不均匀性：从盖面到底层，柱状晶和等轴晶面积分别减少72%和74%，α′马氏体尺寸减小28.2%，晶界密度增加，硬度从373.9 HV提升至388.6 HV。打底区域因热输入低、热循环次数多，晶粒最细，力学性能最优。冲击韧性方面，盖面最低（11.6 J），填充与打底区域达12.3 J，接近母材的93.9%。研究揭示了热输入与热循环对组织演化的耦合作用机制，为优化焊接工艺提供了理论支持。

【研究亮点】：

1. 系统揭示了振荡激光-MIG复合焊接在16mm厚钛合金中引起的组织层间不均匀性及其对力学性能的影响；

2. 发现打底区域因热输入低、热循环多，晶粒显著细化，力学性能最优；

3. 通过EBSD、KAM、Schmid因子等多尺度表征手段，揭示了晶粒取向、晶界类型与冲击韧性之间的关系；

4. 建立了热输入-冷却速率-晶粒尺寸-力学性能之间的定量关系，为焊接工艺优化提供理论依据。

【论文图片】：