TC4鈦合(he)金作(zuo)為(wei)壹(yi)種α+β雙相(xiang)鈦合(he)金，綜合(he)性能(neng)優良，能(neng)在(zai)400℃下長(chang)時(shi)間(jian)工作(zuo)。由(you)於(yu)其良(liang)好的(de)高溫性能(neng)，可(ke)用於(yu)制造航空(kong)發(fa)動機壓氣機盤、風(feng)扇(shan)、葉片及框梁(liang)等承(cheng)力(li)構件(jian)。為(wei)了(le)滿足(zu)航空(kong)焊(han)接(jie)構件(jian)日趨輕(qing)質化(hua)和(he)復(fu)雜化(hua)的(de)要求，廠家采用電(dian)子束(shu)焊(han)接(jie)TC4鈦合(he)金航空(kong)構件(jian)。
眾所(suo)周知(zhi)，在(zai)焊(han)接(jie)過(guo)程中存(cun)在(zai)著(zhe)較大的(de)溫度梯度，這會(hui)導致(zhi)焊(han)後(hou)接(jie)頭(tou)產(chan)生較高的(de)焊(han)接(jie)殘余應(ying)力(li)；較高的(de)拉應力(li)會(hui)降低(di)接頭(tou)的(de)疲勞強度和(he)抗腐(fu)蝕性能(neng)，而(er)較高的(de)壓應(ying)力(li)也(ye)會(hui)降低(di)結構的(de)穩定極(ji)限(xian)。由(you)於(yu)焊(han)接(jie)殘余應(ying)力(li)對(dui)航空(kong)構件(jian)的(de)強度和(he)壽命(ming)有壹定的(de)影響(xiang)。因此(ci)，近年(nian)來(lai)TC4鈦合(he)金等航空(kong)構件(jian)的(de)焊(han)接(jie)殘余應(ying)力(li)越來(lai)越受(shou)到人(ren)們(men)的(de)關註。
本文主要是(shi)采用盲孔(kong)法測(ce)試分(fen)析(xi)電(dian)子束(shu)焊(han)接(jie)試(shi)板(ban)殘余應(ying)力(li)的(de)分(fen)布趨勢(shi)，為(wei)選(xuan)取(qu)電(dian)子束(shu)焊(han)接(jie)工藝參(can)數提供(gong)壹(yi)定的(de)理論依據(ju)。
TC4鈦合(he)金電(dian)子束(shu)焊(han)接(jie)試(shi)驗(yan)研究(jiu)
選用TC4鈦合(he)金材(cai)料，試(shi)板(ban)尺寸為(wei)300*150*12mm。用鋼(gang)絲刷(shua)打磨(mo)試板(ban)表面(mian)，去除氧(yang)化(hua)膜(mo)，再(zai)用酒精棉(mian)擦拭(shi)幹(gan)凈(jing)，置於(yu)電(dian)子束(shu)機上(shang)進(jin)行(xing)焊(han)接(jie)。TC4鈦合(he)金焊(han)縫成(cheng)形較好，焊(han)縫正面(mian)寬8.5mm，背面(mian)2mm。
電(dian)子束(shu)焊(han)接(jie)TC4鈦合(he)金試板(ban)殘余應(ying)力(li)測(ce)試研究(jiu)
采用盲孔(kong)法對TC4鈦合(he)金電(dian)子束(shu)焊(han)接(jie)試(shi)板(ban)進(jin)行(xing)測(ce)試研究(jiu)。鉆(zuan)壹個(ge)孔(kong)徑為(wei)φ2mm，深(shen)2mm的(de)盲孔(kong)，采用南京(jing)聚航科(ke)技(ji)有限公(gong)司的(de)JHMK殘余應(ying)力(li)測(ce)試系(xi)統(tong)，由JHYC靜(jing)態應(ying)變(bian)儀和(he)JHZK殘余應(ying)力(li)裝(zhuang)置組成(cheng)，多點測(ce)量，全軟件(jian)設(she)置，可自動實時計算殘余應(ying)力(li)，測(ce)量結果(guo)直(zhi)觀(guan)明(ming)了(le)，儀(yi)器精度(du)高。
測(ce)點布置
考(kao)慮到傳統焊(han)接(jie)殘余應(ying)力(li)的(de)分(fen)布特點，在(zai)垂直(zhi)於(yu)焊(han)縫的(de)TC4鈦合(he)金試板(ban)的(de)中心線(xian)上(shang)，以焊(han)縫為(wei)中(zhong)心在(zai)焊(han)縫兩(liang)側間(jian)距(ju)壹(yi)定的(de)距離，使用JH-496膠水粘(zhan)貼應變(bian)片，靜(jing)止固(gu)化(hua)後(hou)準備(bei)測(ce)試。
測(ce)試時間的(de)影響(xiang)
將應變(bian)片連(lian)接(jie)到JHYC靜(jing)態應(ying)變(bian)儀上(shang)，應變(bian)儀調(tiao)零，進(jin)行(xing)鉆(zuan)孔(kong)測(ce)試。考(kao)慮到鉆(zuan)孔(kong)後孔(kong)邊溫(wen)度的(de)恢復(fu)和(he)殘余應(ying)變(bian)的(de)釋放，對TC4鈦合(he)金焊(han)接(jie)試(shi)板(ban)的(de)測(ce)試時間進(jin)行(xing)了(le)研(yan)究(jiu)。根據(ju)儀(yi)器自身(shen)的(de)精度(du)，每間(jian)隔(ge)300s或(huo)600s測(ce)量壹次，當兩次(ci)差值(zhi)在(zai)5μs內(nei)終止測(ce)量。從(cong)測(ce)量數據(ju)可(ke)以看出(chu)，對與TC4鈦合(he)金試板(ban)鉆(zuan)孔(kong)後30-40min內(nei)，殘余應(ying)變(bian)可完(wan)全釋放。
Tc4鈦合(he)金試板(ban)測(ce)試結果(guo)
TC4鈦合(he)金電(dian)子束(shu)焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)上(shang)表面(mian)各(ge)點殘余應(ying)力(li)分(fen)布以縱(zong)向(xiang)應力(li)為(wei)主，如(ru)圖1、2所(suo)示(shi)，橫向(xiang)應(ying)力(li)值(zhi)相(xiang)對(dui)較小(xiao)。焊(han)縫及近縫區(qu)的(de)縱(zong)向(xiang)應力(li)為(wei)拉應力(li)，隨著(zhe)離焊(han)縫中(zhong)心距離(li)的(de)增(zeng)大(da)，拉應力(li)值(zhi)逐(zhu)漸(jian)減小(xiao)；且焊(han)縫中(zhong)心的(de)應力(li)峰值(zhi)達(da)到362.95MPa，如(ru)圖1。
橫向(xiang)殘余應(ying)力(li)的(de)分(fen)布趨勢(shi)如(ru)圖2所(suo)示(shi)，焊(han)縫兩(liang)側有兩個(ge)應(ying)力(li)峰值(zhi)，應(ying)力(li)的(de)分(fen)布也(ye)以(yi)拉應力(li)為(wei)主，應力(li)值(zhi)在(zai)23-146MPa之間(jian)變(bian)化(hua)。
TC4鈦合(he)金試板(ban)焊(han)接(jie)殘余應(ying)力(li)分(fen)布趨勢(shi)，符合(he)焊(han)接(jie)殘余應(ying)力(li)分(fen)布的(de)傳統規(gui)律(lv)，且縱(zong)向(xiang)應力(li)值(zhi)較低(di)，這說(shuo)明所(suo)采用的(de)12mm厚TC4鈦合(he)金中壓電(dian)子束(shu)焊(han)接(jie)工藝是(shi)較為(wei)合(he)適(shi)的(de)。
上(shang)述(shu)結果(guo)與文獻(xian)中(zhong)殘余應(ying)力(li)的(de)分(fen)布趨勢(shi)基本壹(yi)致。由(you)此(ci)可見(jian)，雖(sui)然(ran)電(dian)子束(shu)焊(han)接(jie)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)高(gao)，焊(han)接(jie)過(guo)程中接(jie)頭(tou)溫度(du)梯度(du)較大，但(dan)由(you)於(yu)焊(han)縫窄、熱影響(xiang)區(qu)小(xiao)，焊(han)接(jie)速(su)度(du)快、線(xian)能(neng)量(liang)不(bu)是(shi)很(hen)大，電(dian)子束(shu)焊(han)接(jie)過(guo)程中產(chan)生的(de)固(gu)有相變(bian)將不(bu)會(hui)很(hen)大，產(chan)生殘余應(ying)力(li)也(ye)不(bu)會(hui)高。因此(ci)，對於(yu)鈦合(he)金航空(kong)發(fa)動機構件(jian)，采用合(he)適(shi)的(de)電(dian)子束(shu)焊(han)接(jie)工藝，可(ke)以改(gai)善(shan)接頭(tou)的(de)殘余應(ying)力(li)分(fen)布，這將(jiang)提(ti)高(gao)結構的(de)疲勞壽命及抗腐(fu)蝕能(neng)力(li)。
結論
1. 采用盲孔(kong)法測(ce)試電(dian)子束(shu)焊(han)接(jie)殘余應(ying)力(li)分(fen)布準確性較高，尤其是(shi)適(shi)用於(yu)TC4鈦合(he)金中厚板(ban)材(cai)料測(ce)試。對於(yu)不(bu)同(tong)厚度的(de)TC4鈦合(he)金試板(ban)，鉆(zuan)孔(kong)後焊(han)接(jie)殘余應(ying)變(bian)完(wan)全釋放的(de)時間是(shi)不(bu)同(tong)的(de)，需要通(tong)過(guo)試驗測(ce)試研究(jiu)。
2. 對於(yu)12mm厚TC4鈦合(he)金電(dian)子束(shu)焊(han)接(jie)試(shi)板(ban)，其上(shang)表面(mian)焊(han)接(jie)殘余應(ying)力(li)的(de)分(fen)布趨勢(shi)符合(he)傳統的(de)焊(han)接(jie)應(ying)力(li)分(fen)布規律(lv)。
3. TC4鈦合(he)金電(dian)子束(shu)焊(han)接(jie)試(shi)板(ban)上(shang)表面(mian)焊(han)接(jie)殘余應(ying)力(li)峰值(zhi)低(di)於(yu)母(mu)材(cai)的(de)屈服強度，殘余應(ying)力(li)主要以(yi)縱(zong)向(xiang)應力(li)為(wei)主。
