|
结果
1.表面观察：灯电压小于800V时，各组焊缝均呈银白色，表面光滑。灯电压为800V组，焊缝呈深棕色，表面凹陷。
2.机械性能测试：结果见表2，3。灯电压为750V和800V时均有试件未在焊缝处断裂。方差分析表明，焊接接头的拉伸负荷、0.2%屈服负荷与所用的材料、电压及材料与电压的匹配均有关系。t检验显示，灯电压为700V时，TA2的拉伸负荷与原材料差异无显著性，Ti-6Al-4V的拉伸负荷小于原材料；灯电压为750V时，TA2和Ti-6Al-4V的拉伸负荷均与原材料无明显区别。
表2 不同电压下TA2的性能测试结果( ±s)
| 灯电压值
(V) |
测试项目 |
| 拉伸负荷
(kN) |
屈服负荷
(kN) |
伸长量
(mm) |
| 800 |
1.48±0.19* |
1.42±0.18* |
0.41±0.02** |
| 750 |
1.50±0.18* |
1.45±0.20* |
0.52±0.03** |
| 700 |
1.47±0.25* |
1.47±0.12* |
0.51±0.05** |
| 650 |
1.18±0.14 |
1.16±0.11 |
0.42±0.03 |
| 600 |
0.98±0.09 |
0.89±0.08 |
0.32±0.04 |
| 550 |
0.76±0.08 |
0.63±0.06 |
0.18±0.02 |
| 对照组 |
1.50±0.08 |
1.14±0.12 |
2.50±0.05 |
* 与对照组比较，P＞0.01；** 与对照组比较，P＜0.01；对照组条件：为原材料；表3同
表3 不同灯电压下Ti-6Al-4V的性能测试结果(±s)
| 灯电压值
(V) |
测试项目 |
| 拉伸负荷
(kN) |
屈服负荷
(kN) |
伸长量
(mm) |
| 800 |
2.91±0.35* |
2.84±0.45* |
0.24±0.02** |
| 750 |
3.14±0.19* |
2.85±0.20* |
0.39±0.02** |
| 700 |
2.26±0.32 |
2.23±0.25 |
0.34±0.03** |
| 650 |
1.94±0.15 |
1.89±0.14 |
0.25±0.02 |
| 600 |
1.64±0.19 |
1.57±0.15 |
0.18±0.01 |
| 550 |
1.07±0.07 |
1.03±0.08 |
0.15±0.01 |
| 对照组 |
3.15±0.10 |
2.97±0.14 |
1.50±0.11 |
3.断口扫描电镜观察：激光焊接后，TA2和Ti-6Al-4V的缩颈和蜂窝组织均不及原材料者明显，但仍可观察到较浅的蜂窝结构。灯电压为750V时，最大焊接深度约为1mm(图2)。
 |
 |
|
图2 TA2的断口扫描电镜观察×40 2a 原材料断口可见很深的蜂窝结构及缩颈现象 2b 灯电压750V时焊接断口可见较浅的蜂窝结构,最大焊深达1mm |
4.显微硬度测试：焊缝组织的显微硬度较原材料者略有提高。焊接前，纯钛的平均显微硬度为190HV，Ti-6Al-4V为316HV；焊接后2种材料的显微硬度均增加，同等条件下，Ti-6Al-4V的测值大于TA2(图3,4)。
横座标0表示焊缝中心，两侧表示离焊缝中心的距离，图4同
3 不同灯电压下Ti-6Al-4V的维氏显微硬度
图4 不同灯电压下TA2的维氏显微硬度
5.离子释放速率和机械性能测试：4组试件测定的Ti离子浓度均小于0.1mg/L；浸蚀前后各组试件的拉伸负荷和屈服负荷无明显区别。
讨论
激光焊接时，焊接参数的选择直接影响焊接的质量。首先光斑直径大小直接影响被焊工件的焊深及焊缝的宽窄。离焦量常在聚焦中心上下浮动，随着离焦量的增加，金属飞溅越来越少，直到获得良好的焊接斑。我们在实验中证实，光斑直径为1mm、离焦量1 mm时，可获得良好的焊接斑。焊钛重要的环节是气体保护问题，本项研究采用的氩气供给方式可使焊接区处于良好的氩气保护之下，焊件呈银白色，焊缝未发现裂纹、气孔等缺陷［4］。
激光功率是焊接的主要参数，其选择的基本要求是保证被焊工件的金属表面温度维持在熔点与沸点之间。功率过大，被焊工件金属表面易飞溅产生气泡，焊接质量下降；若功率过低，工件金属表面熔化不充分，则焊接深度不够，不牢靠。本项研究用调节灯电压的方式调节激光的输出功率。当灯电压不大于750V时，随着灯电压加大，TA2和Ti-6Al-4V焊缝的拉伸负荷和屈服负荷均增加。当灯电压为750V和800V时，TA2和Ti-6Al-4V的拉伸负荷与原材料无明显区别，TA2的屈服负荷大于原材料。当灯电压达800V时，焊缝及其周围表面呈深棕色、有凹坑，提示激光功率过大可导致表面金属蒸发
责任编辑：姚红祥 |