小序

钛及钛合金因具有比强度和热强度高，，，，，优异的塑性、韧性、崎岖温性能以及优异耐侵蚀性和生物相容性等优点［1］，，，，，在航空航天制造、石油化工、船舶、海洋开发、电工电力和生物医学等领域获得普遍应用［2-4］。。。。。。。工业纯钛薄板在焊接历程中容易爆发变形，，，，，别的极易与空气中种种因素爆发反应，，，，，爆发脆性相大大降低焊接讨论的塑性和韧性，，，，，严重降低焊接讨论质量［5-7］。。。。。。。现在主要使用钨极氩弧焊、等离子弧焊、激光焊和电子束焊等焊接要领来对工业纯钛举行焊接研究，，，，，相关于其他焊接要领，，，，，激光焊接具有能量集中、焊缝成形好、焊后变形小、生产效率高等显著优势，，，，，完全知足现代焊接构件高精度和高效率要求，，，，，其焊接讨论质量高，，，，，在钛及其合金领域生长迅速［7-8］。。。。。。。现在激光焊接工艺参数对钛及其合金焊缝成形及组织性能研究较多，，，，，但对其系统研究及其焊缝耐蚀性研究相对较少。。。。。。。

本文针对 0.5 mm TA1 钛合金超薄板激光焊接要害参数（焊接速率、激光功率）举行深入研究，，，，，探讨了差别焊接参数对焊缝微观组织演变纪律的影响，，，，，并剖析了其对焊缝力学性能和耐蚀性的作用机制。。。。。。。研究效果为工业纯钛 TA1 在工业生产中提高生产效率提供理论支持，，，，，同时为其激光焊接生产与工艺参数的制订及推广应用提供理论及手艺支持。。。。。。。

1 、试验质料及要领

试验质料为退火状态下30 mm×50 mm×0.5 mm的工业纯钛TA1板材，，，，，化学因素见表1，，，，，力学性能见表2。。。。。。。母材显微组织主要为简单等轴α相，，，，，晶粒巨细一致，，，，，匀称漫衍，，，，，如图1所示。。。。。。。

使用 YLS-4000 光纤激光器举行激光焊接试验，，，，，该激光器最大输出功率为 4 kW，，，，，最小输出功率为 400 W，，，，，光纤芯径为 200μm，，，，，事情波长 1070 nm。。。。。。。

激光焊接历程中，，，，，焦距设定为 400 mm，，，，，准直器长度为160 mm。。。。。。。焊接方法接纳对接焊，，，，，为避免焊接区域氧化，，，，，接纳纯度为99.9%的氩气作为；；；；；；て，，，，，正面；；；；；；て辶髁 15~20 L/min，，，，，尾部；；；；；；て辶髁课10~15 L/min，，，，，并在背部使用衬垫举行；；；；；；。。。。。。。在坚持焊接速率恒定的情形下，，，，，通过调解焊接功率，，，，，选择综合性更好的焊接功率。。。。。。。进一步在此焊接功率下，，，，，通过改变焊接速率，，，，，对焊缝性能举行了详细研究，，，，，相关数据如表3所示。。。。。。。

2 、效果与剖析

图 2 为接纳 XTL-165 系列体视显微镜视察到的差别功率下所获 TA1 焊缝宏观形貌。。。。。。。当焊接速率及其他工艺参数坚持稳固时，，，，，激光功率对焊缝熔宽有显著影响。。。。。。。由图可知，，，，，随着激光功率的增添，，，，，缝宽度逐渐增添，，，，，这是单位面积内熔化的TA1量一直增添所致。。。。。。。

图 3 为对应图 2 焊缝的显微组织。。。。。。。由图可知，，，，，随着焊接功率增添，，，，，晶粒尺寸越来越大。。。。。。。这是由于焊接功率增添，，，，，热输入加大，，，，，质料在高温下的停留时间延伸，，，，，为α相晶粒的生长提供了更多的时间，，，，，最终形成较大的晶粒［9-10］。。。。。。。当焊接功率为 400 W 时（见图 3a），，，，，晶粒细小且界线明确，，，，，便于剖析和视察母材、热影响区及焊缝区的位置和形貌。。。。。。。然而，，，，，TA1钛合金纯度高且杂质含量少，，，，，且易在机械抛光历程中爆发形变和孪晶，，，，，这些孪晶是晶体中的一种特殊缺陷结构，，，，，会滋扰正常的显微组织视察。。。。。。。在HAZ的中心部分，，，，，组织较为粗大，，，，，这是由于激光焊能量集中、热输入大以及 TA1 钛合金散热速率慢，，，，，从而增进了晶粒的进一步生长。。。。。。。别的，，，，，距离焊缝越近的区域，，，，，晶粒尺寸越大，，，，，而热影响区规模相对较小，，，，，约为1 mm，，，，，这一征象体现了激光焊接能量集中、热影响区小的优点。。。。。。。右图为焊缝区域放大图，，，，，焊缝区保存显着的块状α相、锯齿状α相及少量的针状α相。。。。。。。这是由于质料散热差、冷却速率纷歧致导致高温 β 相在快速冷却历程中转酿成锯齿状α相和针状α相。。。。。。。

图4为对应激光功率的TA1焊接讨论拉伸测试应力-应变曲线。。。。。。。由图可知，，，，，随着焊接功率的增添，，，，，讨论的抗拉强度泛起下降趋势，，，，，划分为293.5 MPa、278.5 MPa 和 249.5 MPa。。。。。。。焊接功率为 400 W 时，，，，，讨论断裂于母材，，，，，这是由于母材区域显微组织大多为等轴 α 相，，，，，这些等轴 α 相在拉伸历程中易爆发位错运动且 α 相数目较多，，，，，使得母材区域具有较好的塑性。。。。。。。在受到拉伸力时，，，，，母材区域会爆发塑性变形形成颈缩，，，，，最终导致母材区域爆发断裂；；；；；；由于激光焊接能量高而集中，，，，，且冷却速率较快，，，，，导致焊缝和热影响区保存大宗锯齿状 α 相及少量针状 α 相，，，，，对焊缝及热影响区的晶粒起到强化作用，，，，，其次焊缝为平行于轧制的焊接，，，，，导致其抗拉强度低于焊缝［11］。。。。。。。焊接功率为 500 W 时，，，，，讨论断裂于热影响区。。。。。。。这是由于在较高的焊接功率下，，，，，热影响区长时间处于过热状态，，，，，导致晶粒长大变粗。。。。。。。一样平常来说，，，，，晶粒越细，，，，，晶界之间的交织越细密，，，，，毗连也更牢靠［11］，，，，，这有利于提高焊接讨论的强度和塑性。。。。。。。同时，，，，，细晶粒也有助于将塑性变形匀称漫衍在晶粒之间，，，，，镌汰内应力，，，，，从而增强焊接讨论的性能。。。。。。。然而，，，，，在500 W功率下，，，，，热影响区中的针状 α 相和锯齿状 α 相数目镌汰，，，，，导致该区域的强度显著降低，，，，，拉伸时在热影响区爆发断裂。。。。。。。当焊接功率为 600 W 时，，，，，焊接讨论断裂仍然在热影响区，，，，，这是由于过大的热输入导致晶粒粗化。。。。。。。综上，，，，，功率为400 W的焊接试样拉伸强度最高，，，，，随着激光功率的增添，，，，，热输入的增添导致焊接讨论粗晶脆化，，，，，大大降低讨论的拉伸强度。。。。。。。

基于三电极电化学测试系统，，，，，通过电化学侵蚀要领，，，，，研究差别焊接功率下TA1焊接讨论的耐侵蚀性能转变，，，，，如图 5 所示。。。。。。。试验模拟了 TA1 钛合金在海水中的侵蚀行为，，，，，其中阳极爆发化学反应导致Ti失去电子变为Ti4+，，，，，阴极H+获得电子析出氢气［12-13］。。。。。。。

通过较量讨论的侵蚀电流密度和阻抗巨细来评判各功率下焊接讨论抗侵蚀能力。。。。。。。

侵蚀电流密度的巨细反应了侵蚀速率的快慢，，，，，电流密度越小，，，，，质料的耐侵蚀性越好。。。。。。。由图5可知，，，，，400 W 的讨论侵蚀电流密度最小，，，，，600 W 的侵蚀电流密度最大。。。。。。。而阻抗与此相反，，，，，400 W 的 TA1 焊接讨论更耐侵蚀。。。。。。。这是由于焊接功率小，，，，，热输入小，，，，，晶；；；；；；嵩较感，，，，，晶内缺陷数目镌汰，，，，，加入侵蚀活性点的数目也随之镌汰；；；；；；其次，，，，，热输入越小，，，，，温度越低，，，，，母材熔化量少，，，，，组织越匀称，，，，，焊接讨论内部形成原电池概率下降，，，，，试样耐侵蚀性能越好。。。。。。。同时，，，，，在以上参数中可以发明，，，，，当焊接功率凌驾500 W，，，，，抗侵蚀性能会急剧下降。。。。。。。为了包管生产效率，，，，，最终确定了500 W的焊接功率来举行焊接速率参数简直定。。。。。。。

图 6 为 500 W 激光功率下、差别焊接速率所获焊缝宏观形貌。。。。。。。由图6可知，，，，，随着焊接速率的提高，，，，，焊缝宽度逐渐减小，，，，，焊缝界线趋于平直，，，，，焊缝外貌组织逐渐细化。。。。。。。焊接速率越小，，，，，晶粒生长偏向与熔池运动偏向的夹角越小，，，，，晶粒主轴弯曲水平越大；；；；；；焊接速率越快，，，，，夹角越大，，，，，晶粒主轴险些笔直于焊缝中心。。。。。。。这是由于晶粒沿温度梯度较大偏向生长，，，，，在笔直于熔池界线偏向温度梯度最大［14-15］。。。。。。。当冷却速率最快偏向与晶粒最易生长偏向一致时，，，，，最有利于晶粒生长，，，，，晶粒浚浚？？梢陨さ饺鄢刂行，，，，，形成粗大的柱状晶体，，，，，焊缝中心形成等轴晶。。。。。。。一样平常情形下，，，，，由于等温曲线泛起弯曲状态，，，，，曲线上每一点法线偏向一直转变，，，，，晶粒的生长偏向也随之转变，，，，，从而形成弯曲的柱状晶体。。。。。。。

图 7 为 500 W 激光功率、差别焊接速率下 TA1合金焊缝微观组织。。。。。。。由图7a可知，，，，，焊缝由粗大的柱状和块状α晶粒、锯齿状α晶粒及少量针状α晶粒组成。。。。。。。热影响区与母材有显着的接壤，，，，，该区域中晶粒形状不规则，，，，，多为锯齿状晶。。。。。。。从图中可知，，，，，焊缝中心保存一个弧坑，，，，，这是由于激光焊接的高功率密度和大热输入导致熔池中的金属蒸气大宗逸出，，，，，推动熔池外貌金属向两侧移动，，，，，冷却凝固时两侧金属未能实时回流，，，，，从而在焊缝中心形成凹陷。。。。。。。由图7b可知，，，，，焊缝中心由粗大α晶粒和锯齿状α晶粒组成，，，，，有少量针状 α 晶粒漫衍，，，，，焊缝与热影响区之间无显着接壤。。。。。。。热影响区与母材之间的界线清晰，，，，，HAZ内部分是较为粗大α晶粒和大宗锯齿状α晶粒。。。。。。。在图7c所示焊缝中，，，，，块状α晶粒尺寸显着减小，，，，，锯齿状和针状 α 晶粒漫衍较多，，，，，HAZ 组织相对细小。。。。。。。α 晶粒尺寸及形态受焊接参数的影响，，，，，在差别焊接速率下，，，，，焊接的热输入差别，，，，，焊缝组织中块状 α 晶粒和锯齿状α晶粒的巨细会爆发改变。。。。。。。激光焊接历程是一个快速加热和快速冷却凝固结晶历程，，，，，柱状晶在此条件下沿着熔合线向焊缝中心快速生长，，，，，组织结晶偏向与最大温度梯度偏向相一致。。。。。。。比照图7中焊缝晶粒的尺寸可知，，，，，随着焊接速率的增大，，，，，晶粒尺寸逐渐减小，，，，，这是由于焊接速率的增添导致焊缝热输入显著降低，，，，，没有足够能量支持晶粒长大。。。。。。。同时，，，，，图7a焊缝上部缺口也批注在焊接功率稳固的情形下，，，，，当焊接速率较小时，，，，，由于热输入过大，，，，，容易在焊缝处爆发焊接缺陷。。。。。。。

图 8 是 500 W 激光功率、差别焊接速率下 TA1讨论拉伸试样的室温拉伸曲线。。。。。。。由图可知，，，，，当焊接速率为 70 mm/min、90 mm/min、110 mm/min 时抗拉强度划分为 240.3 MPa、255.8 MPa、285.5 MPa。。。。。。。断裂位置划分位于HAZ、HAZ、母材。。。。。。。这批注，，，，，在焊缝完全熔透且无缺陷的情形下，，，，，随着焊接速率的增添，，，，，讨论的抗拉强度逐渐增大。。。。。。。且110 mm/min焊接速率下试样的延伸率更高，，，，，这是由于较低的焊接速率导致较大的热输入，，，，，使焊缝在高温停留时间较长，，，，，熔池过热，，，，，增进了 β 钛晶粒的快速生长，，，，，并在冷却历程中形成粗大的 α 晶粒，，，，，这些粗大晶粒导致质料的脆化，，，，，从而降低其力学性能，，，，，使得在拉伸历程中更容易爆发断裂。。。。。。。随着焊接速率的增大，，，，，线能量减小，，，，，晶粒逐渐细化，，，，，由于细晶强化，，，，，细化的晶粒在受到拉力作用时，，，，，塑性变形疏散到更多的晶粒内举行。。。。。。。并且晶粒越细小，，，，，晶界面积越大，，，，，晶界曲折水平越高，，，，，位错滑移至晶界前被晶界阻挡，，，，，使得塑性变形无法撒播到相邻晶粒中，，，，，裂纹扩展难题［16-17］。。。。。。。

图 9 为 500 W 激光功率、差别焊接速率下 TA1焊接讨论阳极极化曲线。。。。。。。由图可知，，，，，各曲线均无显着钝化区间。。。。。。。随着焊接速率增添，，，，，侵蚀电位逐渐增大，，，，，批注讨论的耐侵蚀性能逐渐增强，，，，，焊接速率为110 mm/min 时讨论的耐侵蚀性能最好。。。。。。。只管焊接速率为 90 mm/min 讨论侵蚀速率最小，，，，，110 mm/min的侵蚀速率最大，，，，，但从整体来看侵蚀速率区别不大。。。。。。。这是由于钛材自己具有优异的耐蚀性，，，，，且激光焊接能量集中，，，，，对母材影响较小，，，，，以是焊后讨论依然坚持较好的耐侵蚀性能［18］。。。。。。。

3 、结论

（1）团结生产效率和焊接讨论性能，，，，，本研究确定了本次的优化工艺参数：激光功率为500 W，，，，，焊接速率为110 mm/min。。。。。。。

（2）TA1 焊接讨论抗拉强度随着焊接功率的增大一直下降，，，，，激光功率为 400 W 时抗拉强度为293.5 MPa，，，，，此时焊缝区组织为粗大α晶粒、锯齿状α晶粒和少量针状α晶粒，，，，，热影响区组织组成为粗大α晶粒和不规则锯齿状α晶粒，，，，，并且由于焊接功率小，，，，，热输入小，，，，，晶；；；；；；嵩较感，，，，，晶内的缺陷数目会镌汰，，，，，加入侵蚀活性点的数目也随之镌汰，，，，，故 400 W 下TA1激光焊焊接讨论更耐侵蚀。。。。。。。

（3）TA1焊接讨论在焊接速率为70 mm/min时，，，，，焊接讨论焊缝中心显微组织为粗大α晶粒和少量针状 α 晶粒，，，，，当焊接速率为 110 mm/min 时，，，，，抗拉强度为 285.5 MPa，，，，，焊缝中心显微组织为针状 α 晶粒；；；；；；讨论热影响区的显微组织均为粗大α晶粒和不规则锯齿状α晶粒；；；；；；随焊接速率增大，，，，，焊接讨论晶粒尺寸减小，，，，，抗拉强度增大，，，，，耐侵蚀性能最佳。。。。。。。

参考文献：

［1］ 王晓敏，，，，，董尚利，，，，，周玉. 工程质料学［M］. 黑龙江：哈尔滨工业大学出书社，，，，，2005：170-179.

［2］ 黄瑞生，，，，，方乃文，，，，，武鹏博，，，，，等 . 厚壁钛合金熔化焊接手艺研究现状［J］.电焊机，，，，， 2022，，，，， 52（06）：10-24.

HUANG R S，，，，， FANG N W，，，，， WU P B，，，，， et al. Research status of thick-walled titanium alloy fusion welding technology［J］. Electric Welding Machine，，，，，2022，，，，，52（06）：10-24.

［3］ 白威，，，，，李大东，，，，，李军，，，，，等 . TA1 中厚板电子束焊讨论组织及力学性能［J］. 电焊机，，，，， 2017，，，，， 47（02）：31-35.

BAI W，，，，， LI D D，，，，， LI J，，，，， et al. Microstructure and me‐chanical properties of electron beam welded joint of TA1 plate［J］.Electric Welding Machine，，，，，2017，，，，，47（02）：31-35.

［4］ 李兴宇，，，，，李芳，，，，，华学明，，，，，等 . 工业纯钛 TA2 板激光焊接工艺［J］. 电焊机，，，，，2018，，，，， 48（07）：27-32.

LI X Y，，，，，LI F，，，，，HUA X M，，，，，et al. Laser welding technol‐ogy of industrial pure titanium TA2 plate［J］. Electric welding machine，，，，， 2018，，，，，48（07）：27-32.

［5］ 梁春雷，，，，，李晓延，，，，，巩水利，，，，，等 . TC4 钛合金薄板激光焊讨论疲劳性能研究［J］. 质料工程，，，，， 2006（4）：48-51.

LIANG C L，，，，，LI X Y，，，，，GONG S L，，，，，et al. Study on Fa‐tigue Property of Laser Welded Joints of TC4 Titanium Alloy Sheet［J］. Journal of Materials Engineering，，，，， 2006 （4）：48-51.

［6］ 程东海，，，，，黄继华，，，，，杨静，，，，，等. 激光叠焊讨论显微组织及力学性能剖析［J］. 焊接学报，，，，，2009，，，，，30（03）：85-88.

CHENG D H，，，，，HUANG J H，，，，， YANG J，，，，， et al. Micro‐structure and mechanical properties analysis of laser lap welding joint［J］. Transactions of The China Welding Institution，，，，， 2009，，，，，30（03）：85-88.

［7］ Behzad F，，，，，Wayne S F，，，，，Gladius L，，，，，et al. A Review on Melt-Pool Characteristics in Laser Welding of Metals ［J］. Advances in Materials Science and Engineering，，，，，2018. https：//doi.org/10.1155/2018/4920718.

［8］ Carvalho S M，，，，，Baptista C A R P，，，，，Lima M S F. Fatigue in laser welded titanium tubes intended for use in air‐craft pneumatic systems［J］. International Journal of Fa‐tigue，，，，，2016，，，，，90：47-56.

［9］ 刘浩东，，，，，胡芳友，，，，，戴京涛，，，，，等. 超声跨态处置惩罚对TC4钛合金激光焊缝组织与硬度的影响［J］. 有数金属质料与工程，，，，，2018，，，，，47（2）：624-629.

LIU H D，，，，，HU F Y，，，，，DAI J T，，，，，et al. Effect of Ultrasonic Vibration on Microstructure and Hardness of TC4 Tita‐nium Alloy Laser Welding Joints［J］. Rare Metal Mate‐rials and Engineering，，，，，2018，，，，，47（2）：624-629.

［10］ Zhu Y P，，，，，Li C Y，，，，，Zhang L Y. Corrosion resistance and antibacterial activity of different zones in TA2 weld‐ment by TIG welding［J］. Rare Metals，，，，，2014，，，，，39：1449-1456.

［11］ Lu W，，，，，Shi Y，，，，，Lei Y，，，，，et al. Effect of electron beam weld‐ing on the microstructures and mechanical properties of thick TC4-DT alloy［J］. Materials & Design，，，，，2012，，，，，34：509-515.

［12］ Neo T K，，，，，Chai J，，，，，Gilbert J L，，，，， et al. Mechanical proper‐ties of titanium connectors［J］. International Journal of Prosthodontics，，，，， 1996，，，，， 9（4）：379.

［13］ 陈锡源，，，，， 陈俐，，，，， 常明，，，，， 等 . SP700 钛合金激光焊的焊缝成形与性能剖析［J］. 焊接学报，，，，， 2018，，，，， 39（6）：121-125.

CHEN X Y，，，，，CHEN L，，，，，CHANG M，，，，，et al. Study on weld shaping and joint properties for SP700 titanium alloy of laser welding［J］. Transactions of The China Welding Institution，，，，，2018，，，，，39（6）：121-125.

［14］ 方乃文，，，，，黄瑞生，，，，，龙伟民，，，，，等. 填充金属对TC4钛合金激光填丝焊讨论组织性能影响［J］. 有数金属质料与工程，，，，，2023，，，，，52（5）：1725-1736.

FANG N W，，，，， HUANG R S，，，，， LONG W M，，，，， et al. Effect of Filled Metal on Microstructure and Properties of TC4 Titanium Alloy Laser Filled Wire Welded Joint［J］. Rare Metal Materials and Engineering，，，，， 2023，，，，，52（5）：1725-1736.

［15］ Yang X Y，，，，，Chen H，，，，，Zhu Z T，，，，，et al. Stress corrosion be‐havior of narrow-gap rotating laser welding of thick Al-Mg alloy joint［J］.International Journal of Modern Physics B，，，，， 2020，，，，，34：2040062.

［16］ 周洋，，，，，孔谅，，，，，王敏，，，，，等. 钛及钛合金焊接讨论侵蚀性能研究现状［J］.电焊机，，，，， 2018，，，，， 48（07）：46-50+75.

ZHOU Y，，，，， KONG L，，，，， WANG M，，，，， et al. Research status of corrosion properties of welded joints of titanium and titanium alloys［J］. Electric Welding Machine，，，，， 2018，，，，，48（07）：46-50+75.

［17］ SindoKoua，，，，，闫久春，，，，，杨开国，，，，，等 . 焊接冶金学［M］. 北京：高等教育出书社，，，，，2012.

［18］ Zhang K，，，，，Liu M，，，，，Lei Z，，，，，et al. Microstructure Evolution and Tensile Properties of Laser-TIG Hybrid Welds of Ti2AlNb-Based Titanium Aluminide［J］. Journal of Materials Engineering and Performance，，，，，2014，，，，，23（10）：3778-3785.