基于正交试验的TC4钛合金激光焊工艺优化研究

目的 探究激光功率、焊接速度、离焦量对TC4钛合金激光焊接接头宏观形貌、微观组织及力学性能的影响。方法 通过正交试验方法，研究激光功率、焊接速度、离焦量对接头拉伸性能的影响，并将这3个工艺参数转换为热输入，进一步研究热输入对接头形貌、组织及力学性能的影响。结果 当热输入低于95 J/mm时，焊接接头上下熔宽比较大，焊缝截面呈“V”形;当热输入高于250 J/mm时，接头组织晶粒粗大，甚至出现气孔、错边等冶金缺陷;当热输入为125 J/mm时，焊缝成形美观，焊接接头上下熔宽比接近1，焊缝截面呈“H”形。焊缝区组织主要由原始α相、β相及冷却阶段生成的αʹ相组成，随着热输入的增大，β相柱状晶尺寸逐渐粗化，αʹ针状马氏体相尺寸也相应增大。此外，焊接速度和离焦量对拉伸性能有显著影响，拉伸性能随着热输入的增大呈现先升高后降低的趋势，断口呈韧性断裂特征。当热输入为125 J/mm时，拉伸性能达到最佳，断裂位置发生在母材区，抗拉强度为1 010 MPa，断后延伸率为9.82%;焊缝区中心区域显微硬度高于热影响区及母材区显微硬度。结论 当热输入为125 J/mm时，在TC4钛合金激光焊下，可获得成形美观、性能优良的焊接接头。

Optimization of TC4 Titanium Alloy Laser Welding Process Based on Orthogonal Experiment