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摘 要

通过激光自熔焊和激光填丝焊接两种焊接工艺的对比,以及工艺对TC4钛合金薄板焊接试验的影响，结合相关文献，较为综合的分析了焊接工艺的选择对接头性能的影响，由此探究TC4钛合金激光焊接的较优焊接工艺选择。

以激光填丝焊接为例，同时结合相关文献，较为综合的分析了分析了激光功率、焊接速度的数值变化对接头组织和性能的影响，由此探究TC4钛合金激光焊接的较优工艺参数范围。

文献综合分析结果表明，激光填丝焊接对于焊接过程中焊缝成形有较好的控制效果，无明显焊接缺陷，性能提升效果较为显著；焊缝成形及截面尺寸受激光功率的影响成都大于焊接速度；对激光功率和焊接速度进行有效的范围选择和控制，均能通过影响焊接区域的晶粒成形和生长，从而提高组织的硬度，进一步影响到了接头的各项强度。综合影响下，接头性能大大提高。相关文献综合分析，为个人设计方案所选用的工艺和参数，提供了强有力的理论上支撑。

最终确定个人设计方案，即“采用规格为1mm厚TC4钛合金薄板，利用激光填丝焊接工艺，通过调整激光功率和焊接速度两个焊接工艺参数，实现对焊接成形过程的有效控制，有利于提高焊接接头的质量与性能。”在理论上存在较大的可能性。

关键词：TC4钛合金；焊接工艺；激光参数；显微组织

Abstract

Through the comparison between the two welding processes of laser self-fusion welding and laser wire welding, and the effect of the process on the welding test of TC4 titanium alloy thin plate, combined with relevant literature, the influence of the welding process selection on the joint performance is analyzed more comprehensively. Explore the optimal welding process selection of TC4 titanium alloy laser welding.

Taking laser wire welding as an example, combined with relevant literature, a comprehensive analysis of the effects of changes in laser power and welding speed on the structure and properties of the joint is carried out, thereby exploring the better process parameter range of TC4 titanium alloy laser welding .

The comprehensive analysis of the literature shows that laser wire filling welding has a good control effect on the welding seam formation during the welding process, without obvious welding defects, and the performance improvement effect is more significant; the welding seam formation and the cross-sectional size are affected by the laser power. Chengdu is faster than the welding speed ; The effective range selection and control of the laser power and welding speed can improve the hardness of the structure by affecting the grain formation and growth of the welding area, which further affects the strength of the joint. Under the combined influence, the performance of the joint is greatly improved. The comprehensive analysis of relevant literature provides a strong theoretical support for the process and parameters selected for personal design.

Finalize the personal design plan, that is, "adopt 1mm thick TC4 titanium alloy sheet, use laser wire welding process, and adjust the laser power and welding speed two welding process parameters to achieve effective control of the welding forming process, which is conducive to improving The quality and performance of welded joints. "In theory, there is a greater possibility.

Key words: TC4titanium alloy；welding process；laser parameters；microstructure

目 录

第1章 绪论 6

1.1激光焊接的研究现状 6

1.2目的及意义 6

第2章 钛合金激光焊接工艺比较 7

2.1对比试验的材料与方法 7

2.2对比试验的结果与分析 8

2.2.1接头显微组织对比 8

2.2.2接头焊缝成型对比 10

2.2.3接头拉伸性能对比 11

2.3激光焊接工艺对比试验结论 11

第3章 工艺参数对钛合金激光填丝焊接头成形与组织性能影响分析 12

3.1填丝焊接试验的材料与方法 12

3.2激光功率的影响 13

3.2.1 激光功率对焊缝成形的影响 13

3.2.2激光功率对接头组织的影响 15

3.2.3激光功率对力学性能的影响 21

3.3焊接速度的影响 23

3.3.1 焊接速度对焊缝成形的影响 23

3.3.2焊接速度对接头组织和力学性能的影响 26

第4章 结论 33

参考文献 34

致谢

第1章 绪论

1.1激光焊接的研究现状

激光焊接可以被定性为一种利用高能量密度的激光束的工艺，将激光作为焊接热源，进行高精度高效率的材料焊接工艺。

激光焊接的优势远远超过了传统焊接，以此进入到了更深更广的应用领域其激光焊接能根据不同材质的材料的焊接需求和焊接环境选择，进行相应的技术工艺、焊接参数的改变，以此实现快速有效地焊接，同时大大降低了成本，并减少了传统焊接过程中对环境产生的废热废气的危害程度。

目前常用的激光焊接主要有两大类。一是热传导焊接技术,利用激光束辐射效应，对待加工表面进行加热，表面热量通过热传导的方式向内部扩散，通过改变激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等激光参数，使工件熔化，形成特定的熔池，最终实现焊接材料合二为一；二是称为激光深焊接,直接在待加工表面投射强度较高的激光，由光能转化为热能,使得材料在连续照射下呈软化乃至融化状态，以此实现后续的焊接成形。两种激光焊接对材料的焊接均利用了能量之间的转换，从而完成了对材料的粘连。

我国激光焊接技术起步晚，发展初期速度较慢。 以2020年第一条激光拼焊板专业商业生产线在武汉地区的落地运行为标志，展现了我国在改革开放过程中对于激光焊接技术与传统制造业的融合发展的决心。随着巩水利学者等人在飞机制造领域关于双光束激光焊接技术的突破、华工激光国内首台大型激光设备的运行、中科院研发出国内第一套机器人激光拼焊生产线等，我国激光焊接技术蓬勃发展。2013年，我国焊接领域专家，首次捧起了世界焊接领域的最高奖项-布鲁克奖，这让中国的激光焊接技术在世界范围内得到了极大的认同。近年来,我国仍着力在大功率激光焊接技术的领域寻求突破与持续发展。

相较于国内，国外的激光焊接技术起步较早并在上世纪80年代就已经开始挽救激光焊接与传统制造业的融合。以德国、美国及亚洲地区的日本为例，他们凭借良好的制造业为基础，在政府的大力支持和引导下，激光焊接技术在步入新时代以来更是迅猛发展，在电子、航天航空、核能发电和军事武器^[1]等领域广泛应用激光焊接技术，形成了较为标准的激光焊接技术行业实行标准，实现了激光焊接可控化发展。

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