發(fā)布日期：2023-8-12 17:31:36
引言
鈦合金因具有較高的比強(qiáng)度、與復(fù)合材料優(yōu)異的電化學(xué)相容性以及高溫條件下優(yōu)異的耐腐蝕性能和綜合力學(xué)性能，在航空航天、石油化工、船舶制造、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域獲得廣泛 應(yīng)用。鈦合金在航空航天運(yùn)載器上的使用可以減輕運(yùn)載器的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，同時(shí)提高運(yùn)載器的服役可靠性和延長其使用壽命。在航空航天領(lǐng)域，鈦合金大多以焊接結(jié)構(gòu)件的形式出 現(xiàn)，因此，對(duì)于鈦合金焊接工藝和可焊性的研究成了各國焊接工作者重點(diǎn)關(guān)注的問題。目前應(yīng)用于鈦合金的焊接方法主要有激光焊、電子束焊、等離子弧焊和鎢極氬弧焊等［1⁃3］。
激光焊具有能量密度大、焊接變形小、熱影響區(qū)小、焊接熔深大等優(yōu)點(diǎn)，已在精密焊接生產(chǎn)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。近些年，對(duì)于鈦合金激光焊的研究越來越受到各個(gè)國家的重視，也取得了很多先進(jìn)的研究成果。本文就從鈦合金的薄板激光焊、厚板激光焊、激光復(fù)合焊、活性激光焊、異種材料激光焊等幾方面，對(duì)鈦合金激光焊的研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)未來的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。
1、鈦合金薄板激光焊
航空航天領(lǐng)域應(yīng)用的鈦合金多為1～2mm厚的薄板［4］，因此，目前很多學(xué)者對(duì)于鈦合金薄板激光焊的研究主要針對(duì)1～2mm厚的板材進(jìn)行高速焊。在滿足單面焊雙面成形的工藝要求下，最高焊接速度可以達(dá)到3.6m／min。研究針對(duì)的母材大多為TC4鈦合金，研究的內(nèi)容重點(diǎn)在各焊接工藝參數(shù)（如：激光功率、焊接速度、離焦量等）對(duì)焊縫成形及組織性能的影響方面［5⁃9］。中航沈陽黎明發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司的楊爍等［10］針對(duì)0.5mm厚的板材，研究各工藝參數(shù)對(duì)焊縫成形的影響。對(duì)比了薄板低速焊（焊接速度：1.5m／min）和薄板高速焊（焊接速度：3m／min）條件下工藝窗口的大小，結(jié)果表明：薄板高速焊的工藝窗口更大，使得焊縫成形更容易控制。
另外，他還研究了激光大角度斜向焊接工藝及焊縫成形的控制，激光大角度斜向焊接如圖1所示。其研究結(jié)果表明：隨著激光入射角度的增大，激光的反射作用增強(qiáng)，但仍可以通過降低焊接速度和增大激光功率來實(shí)現(xiàn)良好的焊縫成形。
該研究成果對(duì)于焊接位置受限的結(jié)構(gòu)件具有很強(qiáng)的借鑒意義。武漢理工大學(xué)的陳錫源等［11］則以鈦合金ＳＰ700為母材進(jìn)行了鈦合金激光焊的研究，重點(diǎn)研究了離焦量、熱輸入、激光功率對(duì)焊縫成形的影響，結(jié)果表明：負(fù)離焦量主要影響焊縫背面的熔寬，正離焦量主要影響焊縫正面的熔寬，且焊縫背面的熔寬受激光功率和熱輸入的影響更為明顯。該研究不僅拓展了鈦合金激光的適用范圍，還為焊縫成形的控制提供了新的思路。
2、鈦合金中厚板激光焊
中厚板鈦合金在石油化工、船舶制造行業(yè)具有較為廣泛的應(yīng)用。對(duì)于鈦合金中厚板的焊接目前以TIG焊、電子束焊為主。國內(nèi)外對(duì)于中厚板鈦合金激光焊的研究目前還處于 不太成熟的階段，研究針對(duì)的母材以TC4為主，且板材的厚度多在10mm以下，研究過程中發(fā)現(xiàn)進(jìn)行中厚板鈦合金激光焊時(shí)主要存在羽輝、表面氧化、氣孔、裂紋等問題亟須解決［12⁃14］。
針對(duì)中厚板鈦合金激光焊存在的問題，很多焊接工作者進(jìn)行了相關(guān)的研究，并提出一些改進(jìn)的措施。南京航空航天大學(xué)的田德勇［15］將激光焊焊縫中的氣孔分為兩類：工藝氣孔和冶金氣孔。其研究結(jié)果表明：工藝氣孔的形成與匙孔的穩(wěn)定性有關(guān)，冶金氣孔與焊縫內(nèi)氫元素的遷移和金屬蒸汽有關(guān)。但從總體上來看，焊縫的氣孔率隨著熱輸入的增大而減小，且當(dāng)焊接速度較快時(shí)，基本不形成工藝氣孔。這將為解決鈦合金激光焊氣孔問題提供理論依據(jù)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的孟盛昊等［16］通過對(duì)比大氣中和真空中中厚板鈦合金激光焊的焊縫，結(jié)果表明：真空中鈦合金激光焊的焊縫表面成形更好，焊縫熔深更大，焊縫中的氣孔更少。這為解決中厚板鈦合金激光焊存在的問題提供了新的思路。哈爾濱焊接研究院的Ｆａｎｇ等［17］利用激光可達(dá)性好的特點(diǎn)進(jìn)行厚板鈦合金激光焊的研究，為厚板鈦合金激光焊提供了新的思路。中船重工725所的盧曉陽等［18］提出一種基于預(yù)鋪粉的鈦合金厚板窄間隙激光焊接方法，如圖2所示。該工藝方法是先在窄間隙內(nèi)預(yù)鋪一層一定厚度的金屬粉末，然后再進(jìn)行激光熔化焊。這樣逐層焊接，最終填滿整個(gè)坡口。該焊接方法可以顯著減少焊縫內(nèi)的氣孔和未熔合等缺陷，同時(shí)提高焊縫成形的穩(wěn)定性�？傊�，中厚板鈦合金激光焊的研究還不夠深入，存在的很多問題還沒有得到很好的解決，導(dǎo)致中厚板鈦合金激光焊接工藝在生產(chǎn)上的應(yīng)用還比較少。
3、鈦合金激光復(fù)合焊
3.1鈦合金激光⁃TIG復(fù)合焊
鎢極氬弧焊（簡稱TIG焊）屬于一種高質(zhì)量焊接方法，具有焊接過程穩(wěn)定，對(duì)焊接組對(duì)要求低等優(yōu)點(diǎn)，但其也存在電弧能量發(fā)散，電弧穿透能力弱，焊接熔深淺的缺點(diǎn)。激光焊具有穿透能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)組對(duì)要求較高。很多焊接工作者就將兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，形成了激光⁃TIG復(fù)合焊接方法。近幾年大連理工大學(xué)、沈飛集團(tuán)等單位的相關(guān)人員 ［19⁃21］都針對(duì)該焊接方法進(jìn)行了鈦合金焊接的研究。焊接時(shí)采用低功率激光⁃TIG電弧形成的復(fù)合熱源進(jìn)行焊接，并且分別針對(duì)低功率常規(guī)激光和低功率脈沖激光進(jìn)行了復(fù)合焊的研究，結(jié)果表明：該復(fù)合焊接方法在用于薄板焊接時(shí)具有熱輸入低、能耗低、焊接效率高等特點(diǎn)，焊接接頭相對(duì)常規(guī)TIG焊具有更優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。
大連理工大學(xué)的呂曉輝［22］利用低功率的激光誘導(dǎo)TIG電弧，針對(duì)鈦合金復(fù)雜構(gòu)件進(jìn)行焊接時(shí)發(fā)現(xiàn)：低功率的激光會(huì)將TIG電弧誘導(dǎo)至激光斑點(diǎn)處，引起TIG電弧收縮，提高TIG電弧的穿透能力，增大焊接熔深。該焊接方法有助于提高焊接生產(chǎn)效率、降低焊縫的熱輸入，但激光與電弧之間的作用機(jī)理仍需深入研究。中國航空制造技術(shù)研究院的許飛等［23⁃24］將掃描振鏡激光與TIG焊復(fù)合起來，研究其對(duì)鈦合金焊縫成形的影響，如圖3所示。掃描振鏡激光就是通過在激光頭內(nèi)部設(shè)置掃描振鏡系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)激光的高頻掃描。高頻掃描的激光可以加強(qiáng)對(duì)熔池的攪拌，改善焊縫組織，提高接頭力學(xué)性能。其研究結(jié)果表明：焊縫的熔寬主要受TIG焊接電流的影響，而焊縫的熔深主要受激光功率的影響，且若要焊接過程無明顯飛濺，焊接電流需要達(dá)到一定值，該值與激光熱輸入呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系。
大連理工大學(xué)的Ｓｈｉ等［25］對(duì)鈦合金激光⁃TIG復(fù)合焊進(jìn)行了焊縫成形機(jī)理的研究，重點(diǎn)研究了激光束與電極之間的距離、激光離焦距離、保護(hù)氣中的CO2氣體濃度等因素對(duì)焊縫表面成形和焊縫尺寸的影響。研究結(jié)果表明，通過平衡熱量在熔池空間的分布和保護(hù)氣成分可以有效抑制焊縫咬邊的缺陷。隨著激光束與電極之間的距離、激光離焦距離、保護(hù)氣中CO2氣體濃度的升高，焊縫正面熔寬增大，背面熔寬和余高減小。另外，Ｓｈｉ等［26］還針對(duì)厚板鈦合金多層多道焊，采用脈沖激光⁃TIG復(fù)合焊進(jìn)行打底焊的研究，分析了該焊接方法進(jìn)行打底焊實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的單面焊雙面成形焊接工藝的機(jī)理，為厚板多層多道焊提供了一種高效、高質(zhì)量的打底焊工藝。
3.2鈦合金激光⁃MIG復(fù)合焊
激光⁃MIG復(fù)合焊是一種高效、優(yōu)質(zhì)的焊接方法。該焊接方法兼具激光焊和MIG焊的優(yōu)點(diǎn)。圖4所示為激光⁃MIG復(fù)合焊示意圖，焊接過程中激光與MIG電弧耦合，激光可以吸引和壓縮電弧，提高電弧的能量密度。MIG電弧可以稀釋光致等離子體，削弱光致等離子體對(duì)激光的反射，提高激光能量的利用率。激光⁃MIG復(fù)合焊相對(duì)傳統(tǒng)的激光焊，提高了焊接過程搭橋的能力，對(duì)被焊工件的加工精度和裝夾精度的要求大大降低，并且在較小的熱輸入量條件下可以獲得較大的焊接熔深［27］。該技術(shù)主要應(yīng)用于中厚板的焊接，已經(jīng)在軌道客車、航空航天、工程機(jī)械、船舶制造等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。目前對(duì)于鈦合金激光⁃MIG復(fù)合焊的研究主要集中在中厚板的對(duì)接焊方面。江蘇科技大學(xué)的禹杭［28］針對(duì)6mm、8mm、10mm厚度的純鈦板材進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)，通過調(diào)整焊接工藝參數(shù)，三種厚度的板材均可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的單面焊雙面成形焊接工藝，焊縫成形優(yōu)良，未出現(xiàn)飛濺、咬邊等缺陷。中國兵器科學(xué)研究院寧波分院的張龍等［29］針對(duì)15mm厚的TC4板材進(jìn)行了激光⁃MIG復(fù)合焊的多層多道焊接工藝試驗(yàn)和接頭力學(xué)性能分析，實(shí)現(xiàn)了60°坡口、5mm鈍邊的打底焊，且焊縫成形美觀。在后續(xù)的填充焊和蓋面焊中均實(shí)現(xiàn)了良好焊接，獲得了高質(zhì)量的焊縫。
對(duì)于鈦合金激光⁃MIG復(fù)合焊的機(jī)理，很多焊接工作者也進(jìn)行了大量研究。為了進(jìn)行厚板鈦合金的焊接，就需要開坡口進(jìn)行坡口內(nèi)的打底焊和填充焊。華中科技大學(xué)的高闖 等［30⁃31］研究了不同的坡口深度對(duì)等離子體特性、熔滴過渡、焊縫成形的影響規(guī)律。結(jié)果表明，隨著坡口深度的增大，等離子體的溫度逐漸降低、面積減小、熔滴過渡減慢、焊縫熔寬減小、熔深增大，該研究為大厚板的焊接提供了一定的理論基礎(chǔ)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的蘇軒［32］針對(duì)中厚板鈦合金進(jìn)行了激光⁃MIG復(fù)合焊的機(jī)理研究，研究結(jié)果表明，激光功率會(huì)影響熔滴過渡的頻率，并通過對(duì)焊縫顯微組織的觀察，分析了焊縫力學(xué)性能和焊縫組織之間的關(guān)系。南京航空航天大學(xué)的黃煒［33］以3.5mm和6mm厚的鈦合金激光⁃MIG復(fù)合焊為研究對(duì)象，利用ＢＰ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳優(yōu)化算法，建立激光功率、焊接電流、焊接速度與焊縫熔深、熔寬之間的映射關(guān)系，進(jìn)而分析研究焊接工藝參數(shù)與焊縫組織、力學(xué)性能之間的關(guān)系。江蘇科技大學(xué)的Ｌｉ等［34］對(duì)照鈦合金激光焊和激光⁃MIG復(fù)合焊的顯微組織、組織分布和機(jī)械性能，研究三者之間的 相互影響關(guān)系。江蘇科技大學(xué)的Ｃｈｅｎ等［35］通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算兩種方式研究了焊接工藝參數(shù)與焊縫內(nèi)氣孔形成之間的關(guān)系，初步揭示了焊縫內(nèi)氣孔形成的原因以及焊接參數(shù)對(duì)氣孔數(shù)量的影響規(guī)律。從這些研究可以看出，關(guān)于鈦合金激光⁃MIG復(fù)合焊的研究主要集中在焊接工藝參數(shù)、顯微組織和機(jī)械性能之間的關(guān)系方面，這為焊接工藝制定、焊縫組織性能改善提供了理論指導(dǎo)。但目前這些研究都還沒有形成系統(tǒng)的理論成果，理論研究的深度還有待加深。
3.3鈦合金雙束激光焊
隨著激光焊接技術(shù)的進(jìn)步，為了提高Ｔ型接頭的激光焊接效率和接頭質(zhì)量，提出了雙激光雙側(cè)同步焊接技術(shù)（Ｄｏｕｂ⁃ｌｅｌａｓｅｒＢｅａmｂｉｌａｔｅｒａｌｓYｎｃｈｒｏｎｏｕｓＷｅｌｄｉｎｇ，簡稱ＤＬＢＳＷ），如圖5所示。該技術(shù)目前已被大量應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域蒙皮⁃桁條Ｔ型結(jié)構(gòu)的連接中，替代了常規(guī)的鉚釘連接和機(jī)械連接，大大減輕了結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量，改善了結(jié)構(gòu)件的氣密性，顯著提高了生產(chǎn)效率。自2000年空客將ＤＬＢＳＷ技術(shù)應(yīng)用于Ａ318客機(jī)整體機(jī)身壁板的制造中以后，已先后將該技術(shù)引進(jìn)到Ａ340、Ａ350、Ａ380等客機(jī)的制造中，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益［36⁃38］。
最近幾年，國內(nèi)對(duì)鈦合金的雙激光雙側(cè)同步焊接技術(shù)進(jìn)行了大量研究。北京工業(yè)大學(xué)的mａ等［39⁃41］以Ｔｉ⁃6Ａｌ⁃4Ｖ合金Ｔ型接頭的雙激光雙側(cè)同步焊為研究對(duì)象開展了兩方面的研究，一方面研究了激光功率、焊接速度、激光入射角度及入射位置等焊接參數(shù)對(duì)未熔合、氣孔等焊接缺陷形成的影響。結(jié)果表明，足夠大的焊接熱輸入、較小的激光入射角度和較高的激光入射位置可以避免未熔合的出現(xiàn)。在保持激光功率不變的條件下，較高的焊接速度有利于減少焊縫中的氣孔。另一方面研究了焊接熱輸入對(duì)焊縫表面成形、微觀組織和機(jī)械性能的影響。結(jié)果表明，隨著熱輸入的增加，焊縫組織增大，晶粒尺寸變大。熱影響區(qū)和熔合區(qū)形成的馬氏體組織導(dǎo)致這兩個(gè)區(qū)域的顯微硬度較大。南京航空航天大學(xué)的劉金釗等［42］研究了TC4鈦合金Ｔ型接頭雙激光雙側(cè)同步焊過程中激光功率對(duì)接頭性能的影響。其研究結(jié)果表明，由于激光功率的增大導(dǎo)致熱輸入的增大，從而引起焊縫區(qū)強(qiáng)度的降低。當(dāng)激光功率較大時(shí)，焊縫的斷裂模式為韌性斷裂和解理斷裂混合組成的混合斷裂。沈陽航空航天大學(xué)的許良等［43］針對(duì)TC4鈦合金Ｔ型接頭，對(duì)比研究了雙光束雙側(cè)同步焊接技術(shù)和激光點(diǎn)焊技術(shù)的疲勞韌性和斷裂機(jī)理。相對(duì)母材兩種焊接方法獲得的接頭的抗拉強(qiáng)度都有所提高，且雙激光束雙側(cè)同步焊接獲得的接頭疲勞壽命延長了2.23倍。
雙激光雙側(cè)同步焊接技術(shù)在國內(nèi)還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，且目前主要集中在焊接接頭性能的研究方面。對(duì)焊接機(jī)理、工藝參數(shù)優(yōu)化以及在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用方面的研究還需要進(jìn)一步加強(qiáng)。
4、鈦合金活性激光焊
為了增加TIG焊的焊接熔深，烏克蘭巴頓焊接研究所提出了活性TIG焊接方法（Ａｃｔｉｖｉｎｇｆｌｕｘｔｕｎｇｓｔｅｎｉｎｅｒｔｇａｓｗｅｌ⁃ｄｉｎｇ，Ａ⁃TIG焊）。該焊接方法通過引入活性劑的方式，實(shí)現(xiàn)增加焊接熔深的目的。近些年，很多焊接工作者將活性劑引入激光焊中，提出了活性激光焊接方法。北京航空制造工程
研究所的陳俐等［44］將自研的ＦＴ⁃01鈦合金Ａ⁃TIG焊活性焊劑用于鈦合金ＴＡ15激光焊，研究活性劑對(duì)焊縫成形的影響，其研究內(nèi)容主要是活性劑對(duì)焊縫表面成形、激光功率和熱輸入閾值的影響。湖南科技大學(xué)的李時(shí)春等［45］在研究表面活性硫粉對(duì)鈦合金激光焊的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，活性元素硫會(huì)增加熔池金屬的潤濕性和流動(dòng)性。在負(fù)離焦時(shí)，活性元素可以增大焊縫熔深，并且焊縫熔深受焊接速度影響不大。正離焦焊接時(shí)，活性元素可以增大焊縫的熔寬。大功率焊接時(shí)，活性元素可以細(xì)化焊縫組織，提高焊縫中鐵素體的含量。
近幾年，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)的許愛萍、侯繼軍等針對(duì)鈦合金活性激光焊也開展了大量研究。研究內(nèi)容主要分成以下三個(gè)方面：（1）活性劑配方的設(shè)計(jì)及其對(duì)焊縫熔深和焊縫成 形系數(shù)的影響規(guī)律。采用了基于響應(yīng)面法的復(fù)合活性劑配方設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出Ｎａ2ＳｉF6與TiO2、Ｎａ2ＳｉF6與Y2O3兩個(gè)活性劑配方，并證明了Ｎａ2ＳｉF6與Y2O3對(duì)焊縫的熔深是正交互作用，兩組活性劑對(duì)焊縫成形系數(shù)均是正交互作用。采用了復(fù)合活性劑后，焊縫的熔深增加了1.49倍，焊縫成形系數(shù)達(dá) 到0.494。Ｎａ2ＳｉF6與TiO2還能細(xì)化焊縫的組織，提高焊縫的機(jī)械性能［46］。（2）分別選取單一氟化物ＣａＦ、ＮａＦ、Ｎａ2ＳｉF6、YｂＦ3、稀土Y2O3等物質(zhì)作為單組分活性劑，證明每一種活性劑都可以增大焊縫熔深、減小焊縫熔寬［47⁃48］。（3）針對(duì)鈦合金活性激光焊的機(jī)理進(jìn)行了初步研究，證明不同活性劑增加焊縫熔深的機(jī)理不同�；钚詣危幔�、Ｎａ2ＳｉF6是通過抑制光致等離子體使得焊縫熔深增加，TiO2、ＳｉＯ2則是通過改變焊縫表面狀態(tài)增加焊縫熔深，而YｂＦ3、稀土Y2O3則是通過抑制光致等離子體和改變?nèi)鄢亓鲃?dòng)方向兩種作用增大焊縫熔深。
另外，試驗(yàn)還證明了稀土活性劑增大熔深不僅僅是活性劑抑制光致等離子體一方面的原因，而是多種原因共同作用的結(jié)果［49⁃51］。
5、鈦合金異種材料激光焊
鈦合金異種材料焊接采用的焊接方法目前主要有釬焊、攪拌摩擦焊、激光焊、激光熔釬焊等。激光焊具有熱量集中、焊縫熱影響區(qū)小、高速高效、焊接變形小等優(yōu)點(diǎn)，被大量應(yīng)用 于鈦合金異種材料的焊接，可以實(shí)現(xiàn)鈦合金異種材料接頭的可靠連接。鈦合金與異種材料的激光焊接不僅涉及異種鈦合金之間的連接，還涉及鈦合金與別的金屬材料的焊接，在 技術(shù)層面甚至實(shí)現(xiàn)了鈦合金與非金屬的焊接，例如生物高分子材料（ＰＥＴ）、玻璃纖維增強(qiáng)塑料（ＧＦＲＰＧ）、高激光吸收率的碳纖維增強(qiáng)塑料（ＣＦＲＰ）等工程塑料 ［52⁃53］。當(dāng)前，國內(nèi)外對(duì)于鈦合金異種材料激光焊的研究主要還是鈦合金與金屬材料的連接。
近幾年，國內(nèi)的很多學(xué)者針對(duì)鈦合金異種材料激光焊的研究主要集中在鈦合金與不銹鋼異種接頭的焊接。鈦合金／不銹鋼異種接頭激光焊接最主要的難點(diǎn)是焊縫區(qū)會(huì)產(chǎn)生具有較高脆性的Ｔｉ⁃Ｆｅ金屬間化合物，大大降低了接頭的力學(xué)性能。另外，由于兩種材料在晶格類型、原子半徑、電負(fù)性等化學(xué)性能和物理性能方面存在較大差異，使得鈦合金／不銹鋼異種材料激光焊存在較大挑戰(zhàn)［54⁃55］。為了應(yīng)對(duì)該挑戰(zhàn)，焊接工作者提出了添加中間層的思路。中間層以填充材料的形式引入焊縫區(qū)，以鈦合金和不銹鋼間的過渡層的形式存在。引入的中間層材料有Ｃｕ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ等純金屬和Ａｇ45⁃Ｃｕ30⁃Ｚｎ25、ＮＡＢ青銅等合金材料。研究結(jié)果表明，引入中間層一定程度上可以改善焊縫的力學(xué)性能，但接頭的力學(xué)性能仍不能很好地適應(yīng)生產(chǎn)的需要，還需要進(jìn)一步研究可以有效提高接頭性能的中間層材料［56⁃59］。
國內(nèi)相關(guān)高校還針對(duì)異種鈦合金的激光焊進(jìn)行了研究。西北工業(yè)大學(xué)針對(duì)TC4／ＴＡ15進(jìn)行了異種鈦合金激光焊研究。該研究實(shí)現(xiàn)了兩種鈦合金的良好焊接，但在焊縫的熔合區(qū)生產(chǎn)了大量馬氏體組織，對(duì)焊縫的力學(xué)性能有一定影響，同時(shí)證明了母材和幾種接頭的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的大小依次如下：TC4母材＞TC4／TC4接頭＞ＴＡ15母材＞ＴＡ15／ＴＡ15接頭＞TC4／ＴＡ15異種接頭［60⁃61］。另外，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、吉林大學(xué)等高校還開展了Ｔｉ／mｇ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ｃｕ等異種材料激光焊的研究，初步進(jìn)行了焊接工藝、焊縫成形機(jī)理、接頭組織性能及斷裂機(jī)理的研究，但目前還都處于起步階段，還有很多問題需要進(jìn)一步深入研究［62⁃64］。
6、結(jié)語與展望
從以上研究現(xiàn)狀來看，鈦合金激光焊的研究取得了一定的研究成果，但同時(shí)也存在以下五個(gè)方面的問題。
（1）目前鈦合金激光焊的研究主要還是集中在薄板的焊接，對(duì)于中厚 板的焊接研究較少，并且目前對(duì)于中厚板焊接的研究都還處于試驗(yàn)研究階段，距離工程應(yīng)用還有很長的距離。
（2）鈦合金激光復(fù)合焊涉及的焊接工藝參數(shù)較多，各復(fù)合工藝參數(shù)之間的組合更多，使得復(fù)合焊接工藝參數(shù)調(diào)整較為復(fù)雜，限制了其在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用。另外，由于復(fù)合焊槍相對(duì)單獨(dú)的激光焊槍頭，體積較大且對(duì)焊槍裝夾方向有嚴(yán)格要求，大大降低了焊接可達(dá)性，限制了復(fù)合焊在自動(dòng)化焊接領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，目前僅有激光⁃MIG復(fù)合焊在工業(yè)生產(chǎn)中獲得了一定的應(yīng)用。激光⁃TIG復(fù)合焊盡管實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，但是在生產(chǎn)上卻很少獲得應(yīng)用。
（3）對(duì)于鈦合金雙光束激光焊，由于其獨(dú)特的焊接方式，對(duì)焊接接頭形式及焊接可達(dá)性也提出了較高的要求，一般僅能用于Ｔ型接頭的角焊縫的焊接，很難應(yīng)用于對(duì)接、搭接等接頭形式的焊接，更難以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自動(dòng)化焊接生產(chǎn)。
（4）對(duì)于鈦合金活性激光焊，由于需要增加一道活性劑的涂覆工序，大大降低了激光焊的生產(chǎn)效率，且活性劑涂覆的均勻程度也會(huì)影響焊接效果，這就限制了其在生產(chǎn)上的應(yīng)用。另外，還需要針對(duì)不同的材料開發(fā)不同活性劑，提高了焊接生產(chǎn)成本。
（5）鈦合金異種材料焊接當(dāng)前存在的主要問題是焊接接頭的力學(xué)性能相對(duì)母材嚴(yán)重下降。盡管通過引入中間層材料可以在一定程度上改善焊縫的力學(xué)性能，但仍不能很好地滿足生產(chǎn)的需要。
鑒于當(dāng)前鈦合金激光焊存在的問題，未來可以開展以下四個(gè)方面的研究。
（1）開發(fā)鈦合金激光深熔焊技術(shù)，提高激光焊單道焊接熔深，例如真空激光焊、激光復(fù)合焊等，通過各種手段抑制光致等離子體的形成，從而增大焊接熔深。
（2）加強(qiáng)鈦合金激光復(fù)合焊在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用研究。通過改進(jìn)焊槍結(jié)構(gòu)，簡化焊接工藝參數(shù)，提高焊接可達(dá)性，擴(kuò)大鈦合金激光復(fù)合焊的應(yīng)用范圍。
（3）對(duì)于鈦合金活性激光焊開發(fā)新型焊槍，實(shí)現(xiàn)活性劑涂覆和激光焊的同步完成，提高焊 接生產(chǎn)效率，或者通過引入活性氣體來替代活性劑，避免活性劑的涂覆過程，提高焊接生產(chǎn)效率，降低焊接生產(chǎn)成本，促進(jìn)其在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用。
（4）加強(qiáng)鈦合金異種材料激光焊的研究。重點(diǎn)解決異種材料焊接接頭性能較差的問題，開發(fā)新型中間過渡層復(fù)合材料。通過引入合適的元素，細(xì)化焊縫組織，抑制焊縫硬脆組織形成，提高焊縫組織的均勻性。另外，還需要加強(qiáng)鈦合金與非金屬材料的激光焊研究，這更有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的輕量化，具有廣闊的研究和應(yīng)用前景。
隨著航空航天、醫(yī)藥衛(wèi)生、武器裝備等領(lǐng)域的快速發(fā)展，鈦合金的應(yīng)用范圍越來越廣。同時(shí)，對(duì)鈦合金的焊接需要也越來越多，對(duì)鈦合金的焊接要求也越來越高。鈦合金激光焊 作為未來極具發(fā)展前景的技術(shù)，解決好當(dāng)前存在的一些瓶頸問題，將進(jìn)一步促進(jìn)該技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用，為產(chǎn)品的輕量化和低碳經(jīng)濟(jì)做出貢獻(xiàn)。
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劉自剛，通信作者，高級(jí)工程師。2013年畢業(yè)于蘭州理工大學(xué)，獲工學(xué)碩士學(xué)位�，F(xiàn)就職于浙江巴頓焊接技術(shù)研究院，主要從事新型高效焊接方法、焊接自動(dòng)化裝備方面的研發(fā)工作。已發(fā)表論文10余篇，獲授權(quán)發(fā)明專利9項(xiàng)，實(shí)用新型專利22項(xiàng)。