钛合金具有重量轻、韧性好、比强度高、耐侵蚀性强的特点，，，，，特殊适用于航空航天质料，，，，，随着汽车、自行车轻量化的要求，，，，，钛合金的应用也越来越多。。。。。。。

钛合金具有较小的导热系数(15.24 W/(m.K))以及较低的膨胀系数(约9.41x10^-6?10.03x10^-6 °C^-1),且对激光的吸收率较低，，，，，约为0.4%,以及较高的熔点(1670 °C )，，，，，这些属性意味着需要较高的热量输入，，，，，才华实现钛合金的焊接，，，，，而过高的热量输入可能会导致焊缝气化，，，，，爆发焊接缺陷，，，，，进而降低焊缝的抗拉强度。。。。。。。 激光焊接时的能量密度高，，，，，可以用较小的热量输入获得较大的焊缝熔深，，，，，激光焊接已经在不锈钢焊接中获得较多的应用。。。。。。。对激光吸收率较低的金属，，，，，由于大部分激光能量被反射掉，，，，，需要较高的激光能量输入才华使质料形成焊接，，，，，这样铺张了能量，，，，，同时增添了热影响规模。。。。。。。对证料外貌举行处置惩罚，，，，，可以增添质料对激光的吸收率，，，，，如对铝合金外貌举行喷砂 或使用深色涂层,可以提高激光吸收，，，，，导致焊缝熔深显著增添；；；；；；；；在铜外貌涂覆石墨，，，，，提高质料对激光的吸收率，，，，，可以获得较好的焊接效果。。。。。。。阻止现在,海内外均未见有对钛合金外貌举行处置惩罚后举行激光焊接的报道泛起。。。。。。。

文中对钛合金TC4外貌举行处置惩罚，，，，，然后举行激光焊接，，，，，研究外貌处置惩罚对激光焊接焊缝熔深、微观组织和力学性能的影响，，，，，为现实生产提供实验参考。。。。。。。

1、焊接实验

1.1质料

实验质料为钛合金，，，，，牌号为TC4,厚度为2 mm,将板材切割为100 minx 50 mm。。。。。。。接纳夹具将质料夹紧，，，，，激光焊接历程中，，，，，接纳99.99%的氮气对焊缝外貌举行；；；；；；；；，，，，，TC4钛合金的化学因素如表1所示。。。。。。。

1.2装备

接纳高功率一连光纤激光器作为焊接光源，，，，，激光器最大功率为2000 W,波长为1064 nm,光纤芯径为100 pn,激光器为武汉锐科激光公司提供，，，，，型号为RLF-C2000,激光束经由加领班聚焦后，，，，，在激光焦点处的光斑巨细为0.4nmi。。。。。。。激光加领班牢靠不动，，，，，三维运动平台发动载具及质料运动，，，，，实验平台如图1a所示。。。。。。。焊缝讨论的抗拉强度接纳微机控制电子万能试验机举行测试，，，，，由珠海三思泰捷公司提供，，，，，型号为CMT4102,测试平台如图1b所示。。。。。。。

2、工艺实验效果及剖析

2.1质料外貌处置惩罚

在激光焊接前，，，，，对钛合金TC4外貌举行处置惩罚，，，，，外貌处置惩罚的方法有4种，，，，，划分为砂纸打磨、喷砂、涂覆石墨层以及激光扫描。。。。。。。用砂纸打磨处置惩罚时，，，，，接纳600目的水砂纸对板材外貌划分举行横向和纵向打磨，，，，，时间各为3 min,砂纸打磨后的质料外貌平整，，，，，无显着划痕；；；；；；；；喷砂处置惩罚是接纳喷砂枪将260目的石英砂喷射到质料外貌，，，，，喷砂后使质料外貌平整，，，，，划分用丙酮、酒精洗濯外貌油污及杂质。。。。。。。涂覆石墨层的要领是：接纳纯度为95%,粒度3000目的鳞片石墨粉，，，，，将其用刷子多次涂覆在钛合金TC4外貌，，，，，直到质料外貌的石墨粉漫衍匀称为止。。。。。。。激光扫描处置惩罚接纳100W光纤激光器，，，，，平均功率为100 W,频率为10?2000 kHz,波长为1070 nm,光纤芯径为14 gm,激光束经由加领班聚焦后，，，，，在激光焦点处的光斑巨细为

0.028 mm,可以对证料外貌举行激光扫描，，，，，在外貌形成网格图形，，，，，增添质料对激光的吸收率。。。。。。。

2.2激光焊接焊缝强度测试

接纳最大功率3000 W的光纤激光器对4种外貌处置惩罚后的钛合金TC4板材举行激光焊接。。。。。。。经由测试，，，，，接纳的焊接工艺参数为，，，，，激光功率2600 W,焊接速率为50mm/s,离焦量为+2 mm,接纳氮气对焊缝外貌举行；；；；；；；；，，，，，氮气流量为10L/mino将焊接样品接纳线切割机切割成标准式样，，，，，接纳拉力测试机测试样品焊缝的拉力值，，，，，拉力值除以焊缝面积（焊缝面积即是焊缝宽度乘以焊缝长度）获得焊缝的抗拉强度值。。。。。。。外貌未处置惩罚的焊缝抗拉强度为587 MPa,为母材（抗拉强度为895 MPa）的50%左右。。。。。。。砂纸打磨处置惩罚后的焊缝抗拉强度为889 MPa,很是靠近母材的抗拉强度。。。。。。。

喷砂处置惩罚和涂覆石墨层后的焊缝抗拉强度划分为683MPa和678 MPa,比外貌未处置惩罚的大，，，，，可是低于钛合金母材。。。。。。。激光扫描处置惩罚后的焊缝抗拉强度为1106MPa,大于母材。。。。。。。

2.3激光焊接焊缝切片剖析

对焊缝举行切片剖析，，，，，焊缝切片如图2所示，，，，，其中图2a为未举行外貌处置惩罚的焊缝切片，，，，，焊缝熔深较小，，，，，为1.50mm,这可能是由于钛合金对激光反射率较高，，，，，质料吸收率较低，，，，，导致熔深较低，，，，，这种情形下，，，，，焊缝抗拉强度较低。。。。。。。图2b为砂纸打磨处置惩罚后的焊缝切片，，，，，焊缝熔深增添到2.02 mm,相关于未举行外貌处置惩罚的焊缝，，，，，熔深增添了 30%,这是由于砂纸打磨后，，，，，质料外貌形成漫反射，，，，，提高了质料对激光的吸收率，，，，，进而增添了焊缝熔深，，，，，使焊缝抗拉强度增添到靠近母材的抗拉强度。。。。。。。其中图2c为喷砂处置惩罚后的焊缝切片，，，，，图2d为涂覆石墨层后的焊缝切片，，，，，焊缝熔深相关于未举行外貌处置惩罚的焊缝，，，，，熔深均有增添，，，，，可是焊缝内部保存微裂纹及气孔，，，，，导致焊缝抗拉强度较低，，，，，这可能是由于喷砂处置惩罚以及涂覆石墨将杂质引入到了焊缝中，，，，，在熔池冷却凝固历程中爆发了裂纹倾向。。。。。。。图2e为激光扫描处置惩罚后的焊缝切片，，，，，焊缝熔深为1.99mm,抵达质料自己的厚度，，，，，批注质料被焊透，，，，，且焊缝内部无裂纹及气孔，，，，，这是由于激光扫描后，，，，，在质料外貌形成毛化征象，，，，，增添了质料对激光的吸收率，，，，，提高了焊缝的熔深，，，，，同时激光扫描历程中，，，，，未引入任何的杂质，，，，，不会爆发裂纹及气孔，，，，，使焊缝的抗拉强度大于母材。。。。。。。

2.4焊缝微观结构剖析

进一步对4种外貌处置惩罚后的钛合金TC4激光焊缝微观结构举行剖析，，，，，焊缝的熔合区500倍放大如图3所示，，，，，其中图3a对应为砂纸打磨处置惩罚后的激光焊缝熔合区的微观结构，，，，，图3b对应为喷砂处置惩罚，，，，，图3c对应为涂覆石墨层处置惩罚，，，，，图3d对应为激光扫面处置惩罚。。。。。。。 由图3可知，，，，，所有样品的熔合区显微组织均为马氏 体，，，，，对图像仔细视察可以发明，，，，，4种外貌处置惩罚后激光 焊缝的马氏体微观结构之间保存一些差别，，，，，砂纸打磨 处置惩罚后的焊缝微观结构由针状a马氏体结构组成，，，，，存 在暗色针状颗粒，，，，，可能是TiC,喷砂处置惩罚以及涂覆石 墨层处置惩罚的焊缝微观结构由片状马氏体结构组成，，，，，晶 界处保存较暗的颗粒，，，，，可能是石墨夹杂物，，，，，这些颗粒 会导致焊缝脆化，，，，，降低焊缝的抗拉强度。。。。。。。激光扫描处 理后的焊缝微观结构由针状a马氏体结构组成，，，，，内部 针状结构很是致密，，，，，内部无杂质，，，，，使焊缝抗拉强度达 到了最高的1106 MPa,凌驾了母材的强度。。。。。。。

3、结论

研究了外貌处置惩罚对钛合金TC4激光焊接的影响。。。。。。。 4种差别的处置惩罚要领如砂纸打磨、喷砂处置惩罚、涂覆石 墨层以及激光扫描均可提高焊缝抗拉强度及熔深。。。。。。。

焊缝熔合区域的显微组织剖析效果批注，，，，，所有焊缝均由马氏体组成，，，，，可是差别的外貌处置惩罚方法焊接后 的显微组织有细微的差别，，，，，激光扫描处置惩罚后的焊缝微 观结构中内部针状结构很是致密，，，，，内部无杂质，，，，，使焊 缝抗拉强度抵达了最高的1106 MPa,凌驾了母材的强度。。。。。。。

参考文献：

[1]王林青，，，，，周永涛，，，，，王军军，，，，，等.TC4钛合金在模拟海水 中侵蚀-磨损交互行为研究[J].摩擦学学报，，，，，2019, 39(2): 78—84.WANG Lin-qing, ZHOU Yong-tao, WANG Jun-jun, et al. Corrosion-Wear Interaction Behavior of TC4 Titanium Alloy in Simulated SeawaterfJ], Tribology, 2019, 39(2): 78—84.

[2]姜军，，，，，李细锋，，，，，陈军.脉冲电流频率对退火态TC4钛 合金耐侵蚀性能的影响[几 模具手艺,2018(4): 1—7.JIANG Jun, LI Xi-feng, CHEN Jun. Effect of Pulse Current Frequency on Corrosion Resistance of Annealed TC4 Titanium Alloys[J]. Die and Mould Technology, 2018(4): 1—7.

[3]宋纬.汽车钛合金气阀的铸造工艺优化[J].热加工工 艺，，，，，201&47(7): 102—104.SONG Wei. Optimization of Casting Process for Automobile Titanium Alloy Air Valves [J]. Hot Working Technology, 2018, 47(7): 102—104.

[4]蔡雨升，，，，，吉海宾，，，，，雷家峰，，，，，等.热处置惩罚对激光选区熔 化TC4钛合金显微组织和力学性能的影响[J].钛工业希望,2020, 37(1): 9—16.CAI Yu-sheng, JI Hai-bin, LEI Jia-feng, et al. Influence of Heat Treatment on Micro structure and Mechanical Properties of TC4 Titanium Alloy Fabricated by Selective Laser Melting [J]. Titanium Industry Progress, 2020, 37(1): 9—16.

[5]张瑁蹌，，，，，孙小兵，，，，，潘涌，，，，，等.304不锈钢薄板外观件激 光焊接工艺研究[J].应用激光,2016(3): 321—325.ZHANG Xuan-jun, SUN Xiao-bing, PAN Yong, et al. Process Research on Laser Welding of 304 Stainless Steel Sheet Appearance Parts [J]. Applied Laser, 2016(3): 321—325.

[6]李扬，，，，，胡绳茹，，，，，申俊琦.紫铜与316L不锈钢脉冲激 光焊微观组织及力学性能[J].中国激光,2014, 41(7): 93—9&LI Yang, HU Sheng-sun, SHEN Jun-qi. Microstructural Characteristics and Mechanical Properties of Pulsed Nd: YAG Laser Welded Copper and 316L Stainless Steel [J]. Chinese Journal of Lasers, 2014, 41(7): 93一98.

[7]刘键，，，，，石岩，，，，，刘佳，，，，，等.；；；；；；；；て宥园率咸宀恍飧旨 光焊接的影响[J].激光与光电子学希望，，，，，2014(5): 122—127.LIU Jian, SHI Yan, LIU Jia, et al. Effect of Shielding Gas on Laser Welding of Austenitic Stainless Steel [J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2014(5): 122一127.

[8]王鹤，，，，，杨勇.氮气/氮气对316不锈钢激光焊接的影响 [J].热加工工艺,2018, 47(15):207—209.WANG He, YANG Yong. Effect of N2 or Ar Protective Atmosphere on Laser Welding of 316 Stainless Steel卩]. Hot Working Technology, 2018, 47(15): 207—209.

[9]毕宗岳，，，，，王维东，，，，，鲜林云，，，，，等.lCrl7Mn6Ni5N奥氏 体不锈钢焊接讨论性能剖析[几应用激光，，，，，2019(3): 435—439.BI Zong-yue, WANG Wei-dong, XIAN Lin-yun, et al. Performance Analysis of lCrl7Mn6Ni5N Austenitic Stainless Steel Welded Joint[J]. Applied Laser, 2019(3): 435—439.

[10]杨玉东，，，，，刘佳，，，，，石岩，，，，，等.喷嘴形状对铝合金复合焊接 头成形质量的影响[J].激光手艺，，，，，201 & 42(2): 222— 228.YANG Yu-dong, LIU Jia, SHI Yan, et al. Influence of Nozzle Shape on the Quality of Aluminum Joints Product by Las er-Arc Hybrid Welding [J], Laser Technology, 2018, 42(2): 222—22&

[11]贾坤宁，，，，，石景岩，，，，，刘威.2A12/5052异种铝合金激光焊 讨论的组织与性能[J].质料热处置惩罚学报,2018, 39(10): 126—132.JIA Kun-ning, SHI Jing-yan, LIU Wei. Microstructure and Properties of Laser Welded Joints of 2A12/5052 Dissimilar Aluminum Alloy[J]. Transactions of Materials and Heat Treatment, 2018, 39(10): 126—132.

[12]杨吉伟，，，，，杨尚磊，，，，，杨文涛，，，，，等.高速列车车体用高强 铝合金激光焊接讨论研究[J].上海工程手艺大学学报, 2015, 29(3): 229—232.YANG Ji-wei, YA.NG Shang-lei, YANG Wen-tao, et al. Study on Laser Welded Joints of High Strength Aluminum Alloy for High-Speed Train Body [J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2015, 29(3): 229—232.

[13]邹东利，，，，，陈向林，，，，，肖大武，，，，，等.5A06铝合金激光焊接 讨论显微组织及缺陷剖析[几有数金属质料与工程，，，，， 2019, 48(9): 2951—2956.ZOU Dong-li, CHEN Xiang-lin, XIAO Da-wu, et al. Micro structure and Defects Analysis of 5A06 Aluminium Alloy Laser Welded Joint卩].Rare Metal Materials and Engineering, 2019, 48(9): 2951—2956.

[14]张继祥，，，，，刘凤艺高波，，，，，等.Al?Mg系铝合金脉冲激光焊接性能影响因素剖析[J].激光手艺，，，，，2015, 39(6): 863—86&ZHANG Ji-xiang, LIU Feng-zhi, GAO Bo, et al. A& fecting Factors of Pulse Laser Welding Property of Al-Mg Series Aluminum Alloy [J]. Laser Technology, 2015, 39(6): 863—86&

[15]刘雷，，，，，耿正，，，，，王敏，，，，，等.外貌处置惩罚对铝-CFRTP激光 焊接功率及讨论强度的影响[几 电焊机，，，，，2018, 48(12): 1—5.LIU Lei, GENG Zheng, WANG Min, et al. Effect of Surface Treatment on the Laser Welding Power and Joint Strength of Aluminum-CFRTP[J]. Electric Welding Machine, 2018, 48(12): 1—5.

[16]焦俊科，，，，，王飞亚，，，，，孙增强，，，，，等.紫铜外貌预处置惩罚及激 光焊接工艺研究[几激光与光电子学希望，，，，，2016, 53(3): 158—163.JIAO Jun-ke, WANG Fei-ya, SUN Jia-qiang, et al. Study on Copper Surface Pre-Treating and Welding withFiber Lasers [J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2016, 53(3): 158—163.

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