引言

TA2钛材属于a相工业纯钛的一种,拥有密度幼、耐侵蚀强及优良的力学机能蹬着点，已经被宽泛利用于航空航天、船舶等领域。TA2钛材的工业产品蕴含棒材、板材、管材、钛带材等，但是这些产品的大规模利用必要进行焊接，工业上通常选取氩弧焊和搅拌摩擦焊等方式[1-4]。氩弧焊焊接工艺成熟、成本低，但是存在热循环严沉及焊缝晶粒粗壮，对焊接接头的强度和塑性不利;搅拌摩擦焊，是通过搅拌挤压进行焊接，焊缝残存应力低、晶粒藐幼，已经被宽泛利用于铝钛铜蹬仔色金属合金的焊接。但是,搅拌摩擦焊的参数拔取很沉要,若拔取不当会使焊缝存在孔洞、裂纹等缺点[5-7]。

选取搅拌摩擦焊工艺，通过拔取相宜的焊接工艺参数，焊接厚度为3mm的TA2钛板，并对TA2搅拌摩擦焊接头进行显微组织和力学机能分析，为科技人员在该方面的钻研提供参考。

1、试验部门

1.1试验资料

焊接资料为宝鸡钛业股份有限公司提供的TA2钛板材，其晶粒度为(6±0.5)级，厚度为3mm,组成成分列于表1。

表1 TA2钛板的组成成分

1.2试验步骤

焊接前需对试件进行处置。首先将尺寸为200mmX100mmX3mm的焊件切割成30mmX 10mmx3mm的试件，而后用240#、600#、1200#和2000#砂纸别离对试件进行打磨处置，再通过机械抛光获得光亮表表，最后用侵蚀液侵蚀试件10s再用丙酮和酒精对其洗濯，侵蚀液由HF+HNO3+H2O组成(体积比为1:2:50)。选取搅拌摩擦焊工艺对试件进行焊接，焊接工艺参数列于表2。其中，摩擦头直径为12mm，其成份为莱钨合金。

表2焊接工艺参数

1.3分析测试步骤

利用OLYMPUS PMG3颠倒式显微镜观察TA2钛板材的微观组织描摹,利用Nano Measurer 1.2软件对其晶粒尺寸进行推算。使用上海敏新检测仪器有限公司出产的MHV-50显微维氏硬度计对试件进行硬度测试，载荷为4.9N、保压功夫为10 s,以试件中心作为参考坐标原点进行3x3阵列的取点。选取美特斯工业系统(中国)有限公司出产的E45.305微机节造电子全能试验机对试件进行室温拉伸，并利用日立热场式场发射扫描电镜SU5000对断口进行观察，其中拉伸速度为3mm·min-1，拉伸试件如图2所示。

利用Sigma scope smp350涡流金属电导仪对焊缝及母材进行导电率检测,对每个地位丈量5次并取均匀值为该地位的导电率。使用赤峰西格马科技有限公司提供的RSD-1残存应力打孔装置,在焊缝分歧区域打出深度为2mm的盲孔以检测残存应力,其中钻头直径为1.5mm。

2、了局与分析

2.1显微组织及硬度

图3为TA2搅拌摩擦焊接头的描摹图。从图3可见，TA2薄钛板搅拌摩擦焊接头可划分为焊缝(WZ)、热力影响区(TIZ)和母材(BM)3个区域，而热力影响区很窄，焊缝的宽度约为12mm。

图4为TA2搅拌摩擦焊接头显微组织。从图4可见,焊缝组织为等轴晶。图5为TA2搅拌摩擦焊接头的晶粒尺寸曲线图。从图5可见,接头晶粒尺寸曲线出现V型,焊缝中心地位的晶粒尺寸最幼。这是由于焊缝中心受挤压最严沉,而越往焊缝边缘受挤压越幼。通过推算得到焊缝中心地位的晶粒尺寸为2.5μm,焊缝区域的均匀晶粒尺寸为12.8μm,母材的均匀晶粒尺寸为57μm,母材均匀晶粒尺寸比焊缝的大44.2μm。

图6为TA2搅拌摩擦焊接头显微硬度。从图6能够看出，TA2搅拌摩擦焊接头晶粒硬度曲线出现倒V型，焊缝中心地位的硬度最高。这是由于焊缝中心受挤压最严沉，因而存在大量的位错，导致硬度的增长[6-8]。通过推算得到焊缝区域的均匀硬度为135.4HV,母材的均匀硬度为125.1HV,焊缝的均匀硬度比母材的高10.3HV。

2.2 导电率

图7为TA2搅拌摩擦焊接头分歧区域的均匀导电率。从图7能够看出,TA2搅拌摩擦焊焊缝(WZ)与母材(BM)的均匀导电率别离为

3.65%IACS和3.82%IACS。焊缝比母材的导电率幼，这是由于焊缝的晶粒尺寸比母材晶粒的幼，焊缝区域均匀晶粒尺寸为12.8μm,母材区域均匀晶粒尺寸是57μm,使电子沿晶界迁徙的蹊径变长[9-12]造成导电率变差。

2.3残存应力

图8为TA2搅拌摩擦焊接头残存应力。从图8可见，在距离焊缝两侧20mm以内，焊件接头的残存应力出现倒V型散布。其中，搅拌摩擦焊件接头的焊缝中心横向残存应力及纵向残存应力别离达到420和180MPa,这是由于焊缝中心受挤压变形严沉,使得晶粒组织散布不均匀而产生严沉的晶格畸变[12-15],导致残存应力很大,且在距离焊缝中心约15mm处出现压应力。

2.4 拉伸测试

图9和图10别离为母材、搅拌摩擦焊件的拉伸试件及断口描摹。从图10能够看出，母材和搅拌摩擦焊件均存在韧窝。了局批注，试件断裂为塑性断裂。表3为拉伸测试了局。由表3可知，TA2搅拌摩擦焊件的抗压强度和屈服强度均高于母材，而其延长率约莫是母材的51.6%。这是由于焊缝地位遭逢挤压而变形显著，以至晶粒细化，从而产生细晶强化效应并陪伴着大量位错[16-17]。因而，焊件强度大，延长率差。

表3拉伸测试了局

3、结论

在搅拌摩擦焊焊接速度60mm·min^-1、转速300r·min^-1、焊头倾角1°-3°、焊接压力20-25kN和氩气流量16L·min^-1的焊接工艺参数下,对TA2搅拌摩擦焊接头组织和机能进行了测试。

(1)焊缝(WZ)的宽度为12mm,组织重要由藐幼的等轴晶组成，焊缝区域的均匀晶粒尺寸、均匀硬度别离为12.8μm和135.4HV,母材的均匀晶粒尺寸、均匀硬度为57μm和125.1HV。

(2)TA2搅拌摩擦焊焊缝(WZ)与母材(BM)的导电率别离为3.65%IACS和3.82%IACS,焊缝的导电率比母材幼。

(3)TA2搅拌摩擦焊接头残存应力沿焊缝向母材方向逐步降低，焊缝中心残存应力最高，横向残存应力、纵向残存应力别离达到420和180MPa。

(4)TA2搅拌摩擦焊件的强度比母材高，但延长率变差为母材的51.6%。

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（注，原文标题：TA2薄钛板搅拌摩擦焊接头的显微组织与力学机能分析）

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